Beschreibung Titel Description title
Verfahren zur Einstellung einer Temperatur eines Sensorelements Method for adjusting a temperature of a sensor element
Stand der Technik State of the art
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Sensorelementen zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum bekannt. Dabei kann es sich grundsätzlich um eine beliebige Eigenschaft des Gases handeln, beispielsweise eine physikalische und/oder chemische Eigenschaft des Gases. Insbesondere wird die Erfindung im Folgenden beschrieben unter Bezugnahme auf Sensorelemente zur Erfassung eines Anteils, also beispielsweise eines Partialdrucks und/oder eines From the prior art, a plurality of sensor elements for detecting at least one property of a gas in a sample gas space is known. In principle, this can be any property of the gas, for example a physical and / or chemical property of the gas. In particular, the invention will be described below with reference to sensor elements for detecting a proportion, that is, for example, a partial pressure and / or a
Prozentsatzes, mindestens einer Gaskomponente in dem Gas. Bei der Gaskomponente kann es sich insbesondere um Sauerstoff handeln. Auch andere Gaskomponenten können jedoch alternativ oder zusätzlich nachgewiesen werden, beispielsweise Percent, at least one gas component in the gas. The gas component may in particular be oxygen. However, other gas components can alternatively or additionally be detected, for example
Stickoxide, Kohlenwasserstoffe oder andere Gaskomponenten. Die Erfindung ist jedoch nicht auf den Nachweis von Gaskomponenten beschränkt, sondern es können Nitrogen oxides, hydrocarbons or other gas components. However, the invention is not limited to the detection of gas components, but it can
grundsätzlich, alternativ oder zusätzlich, auch andere Eigenschaften des Gases nachgewiesen werden. Zum Nachweis von Gaskomponenten werden insbesondere Sensorelemente eingesetzt, welche auf der Verwendung mindestens eines Festelektrolyten, also eines ionenleitenden Festkörpers, beispielsweise eines Sauerstoff-Ionen leitenden Festkörpers, basieren. Derartige Festelektrolyte können beispielsweise auf Zirkoniumdioxid-Basis erstellt werden, beispielsweise Yttrium-stabilisiertes Zirkoniumdioxid und/oder Scandium- dotiertes Zirkoniumdioxid. Derartige Sensorelemente werden beispielsweise im principle, alternatively or additionally, other properties of the gas can be detected. For the detection of gas components in particular sensor elements are used, which are based on the use of at least one solid electrolyte, ie an ion-conducting solid, for example, an oxygen-ion-conducting solid. Such solid electrolytes may for example be prepared based on zirconium dioxide, for example yttrium-stabilized zirconium dioxide and / or scandium-doped zirconium dioxide. Such sensor elements are, for example, in
Kraftfahrzeugbereich eingesetzt, um Gaskomponenten im Abgas einer Automotive sector used to gas components in the exhaust gas of a
Verbrennungsmaschine mit mindestens einem Motor nachzuweisen. Beispiele derartiger Sensorelemente sind in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 154-159 beschrieben. Die dort dargestellten Sensorelemente können grundsätzlich auch nach einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung betrieben werden und/oder im Rahmen einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung eingesetzt werden.
Eine Lambdasonde beruht in der Regel auf der Verwendung mindestens einer Prove internal combustion engine with at least one engine. Examples of such sensor elements are described in Robert Bosch GmbH: Sensors in motor vehicles, edition 2007, pages 154-159. The sensor elements shown there can in principle also be operated by a method according to the present invention and / or used within the scope of a sensor device according to the invention. A lambda probe is usually based on the use of at least one
galvanischen Sauerstoffkonzentrationszelle mit mindestens einem Festelektrolyt. galvanic oxygen concentration cell with at least one solid electrolyte.
Alternativ oder zusätzlich können auch sogenannte Pumpzellen eingesetzt werden. Alternatively or additionally, so-called pump cells can also be used.
Lambdasonden können einen einzelligen oder auch einen mehrzelligen Aufbau aufweisen, wobei ebenfalls exemplarisch auf den genannten Stand der Technik verwiesen werden kann. In der Regel weisen derartige Sensorelemente mindestens eine Lambda probes may have a unicellular or else a multicellular structure, wherein reference may likewise be made by way of example to the cited prior art. As a rule, such sensor elements have at least one
Heizvorrichtung auf. So wird der Festelektrolyt typischerweise bei einer Heater on. Thus, the solid electrolyte is typically at a
Aktivierungstemperatur von ca. 350°C für Sauerstoffionen leitend. Die Nominaltemperatur üblicher Lambdasonden liegt in der Regel deutlich höher, beispielsweise bei 650°C- 850°C. Um die Nominaltemperatur unabhängig von den Umgebungsbedingungen, beispielsweise der Temperatur des Abgases, zu erreichen, wird das Sensorelement in der Regel aktiv elektrisch beheizt. Aus diesem Grund verfügen die meisten Sensorelemente der genannten Art über mindestens ein elektrisches Heizelement, welches im Folgenden allgemein auch als Heizvorrichtung bezeichnet wird und welches in der Regel von mindestens einem Steuergerät angesteuert wird. Beispielsweise weisen bekannteActivation temperature of about 350 ° C for oxygen ions conductive. The nominal temperature of conventional lambda probes is generally much higher, for example at 650 ° C - 850 ° C. In order to achieve the nominal temperature regardless of the ambient conditions, for example the temperature of the exhaust gas, the sensor element is usually actively electrically heated. For this reason, most sensor elements of the type mentioned have at least one electrical heating element, which is also generally referred to below as a heating device and which is usually controlled by at least one control unit. For example, known
Lambdasonden auf Zirkoniumdioxid-Basis einen integrierten Platin-Heizer auf, der in der Regel so ausgelegt ist, dass dieser unter normalen Betriebsbedingungen eine größere Heizleistungsreserve aufweist. Dies bedeutet, dass die für den Betrieb des A zirconia-based lambda probe incorporates an integrated platinum heater, which is typically designed to provide a greater heat reserve under normal operating conditions. This means that for the operation of the
Sensorelements erforderliche Heizerspannung oder Heizleistung in der Regel deutlich kleiner ist als die zur Verfügung stehende Versorgungsspannung oder Sensor element required heater voltage or heating power is usually much smaller than the available supply voltage or
Versorgungsleistung. Beispielsweise werden bei typischen Sensorelementen der oben genannten Art Betriebstemperaturen von 780°C bereits mit Heizerspannungen von weniger als 8 V erreicht. In vielen Fällen wird das Sensorelement dabei nicht mit einer Gleichspannung sondern mit einer getakteten Effektivspannung betrieben, die durch Pulsweitenmodulation einer höheren Gleichspannung (Batteriespannung) erzeugt wird. Dementsprechend kann unter dem Begriff einer Heizerspannung im Folgenden sowohl die tatsächliche Spannung verstanden werden, mit welcher die Heizvorrichtung beaufschlagt wird, als auch alternativ eine effektive Spannung. Das Ausgangssignal eines Sensorelements der oben genannten Art ist in der Regel funktional stark abhängig von der Temperatur des Sensorelements. Zur Verbesserung der Signalgenauigkeit ist es daher anzustreben, die Temperatur des Sensorelements von Änderungen der Abgastemperatur zu entkoppeln und möglichst konstant zu halten. Üblich ist zum Beispiel eine Temperatursteuerung der Heizerspannung einer Sprungsonde über ein betriebspunktabhängiges Kennfeld mit den Eingangsgrößen einer Abgastemperatur und einem Abgasmassenstrom. Eine erhöhte Temperaturgenauigkeit ergibt sich durch
eine Temperaturregelung des Sensorelements. Als Regelgröße kann zum Beispiel ein Innenwiderstand R, des Sensorelements verwendet werden, beispielsweise mindestens einer Zelle des Sensorelements, da in der Regel ein eindeutiger Zusammenhang zwischen dem Innenwiderstand und der Temperatur des Sensorelements besteht. Supply power. For example, operating temperatures of 780 ° C are already achieved with heater voltages of less than 8 V in typical sensor elements of the type mentioned above. In many cases, the sensor element is not operated with a DC voltage but with a clocked RMS voltage, which is generated by pulse width modulation of a higher DC voltage (battery voltage). Accordingly, the term heater voltage may be understood below to mean both the actual voltage applied to the heater and, alternatively, an effective voltage. The output signal of a sensor element of the abovementioned type is generally functionally strongly dependent on the temperature of the sensor element. To improve the signal accuracy, it is therefore desirable to decouple the temperature of the sensor element from changes in the exhaust gas temperature and to keep it as constant as possible. For example, a temperature control of the heater voltage of a jump probe via an operating point-dependent characteristic map with the input variables of an exhaust gas temperature and an exhaust gas mass flow is customary. An increased temperature accuracy results from a temperature control of the sensor element. As a control variable, for example, an internal resistance R, of the sensor element can be used, for example, at least one cell of the sensor element, since there is usually a clear relationship between the internal resistance and the temperature of the sensor element.
Beispielsweise entspricht bei kommerziell erhältlichen Sprungsonden ein Innenwiderstand von 220 Ω einer Sensorelementtemperatur von 780°C. Eine entsprechende For example, in the case of commercially available jump probes, an internal resistance of 220 Ω corresponds to a sensor element temperature of 780 ° C. A corresponding
Temperaturregelung kommt auch in Breitbandsonden zum Einsatz. Temperature control is also used in broadband probes.
Trotz der Verbesserung der Signalgenauigkeiten durch existierende Regelungen besteht nach wie vor Bedarf und Verbesserungspotential für exaktere Temperatureinstellungen, um die Signalgenauigkeit der Sensorelemente weiter zu verbessern. Insbesondere soll die Betriebstemperatur des Sensorelements unabhängig von der Abgastemperatur einstellbar sein, um die Signalgenauigkeit weiter zu erhöhen und damit wiederum geringere Emissionen und robustere Diagnosen zu ermöglichen. Gleichzeitig soll eine Ansteuerung mit einer hohen Heizleistungsreserve möglich sein, ohne dass die Gefahr der Zerstörung des Sensorelements durch eine Überhitzung bei Beheizung im Despite the improvement in signal accuracy by existing controls, there is still a need and potential for improvement in more accurate temperature settings to further improve signal accuracy of the sensor elements. In particular, the operating temperature of the sensor element should be adjustable independently of the exhaust gas temperature in order to further increase the accuracy of the signal and thus in turn enable lower emissions and more robust diagnoses. At the same time a control with a high heating power reserve should be possible without the risk of destruction of the sensor element by overheating when heated in the
grundsätzlich zusätzlichen Bordnetzspannungsbereich besteht. Weiterhin soll das Sensorelement einer Abgassonde bei möglichst konstanter Temperatur betreibbar sein und gleichzeitig vor Überhitzung geschützt werden. basically additional on-board voltage range exists. Furthermore, the sensor element of an exhaust gas probe should be operable at as constant a temperature as possible and at the same time protected against overheating.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Zur Verbesserung bekannter Sensorelemente und Verfahren zum Betreiben dieser Sensorelemente sowie zur zumindest teilweisen Realisierung der oben genannten Ziele werden dementsprechend ein Verfahren zur Einstellung einer Temperatur eines mittels einer Heizvorrichtung beheizbaren Sensorelements zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum sowie eine Sensorvorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum Accordingly, in order to improve known sensor elements and methods for operating these sensor elements and to at least partially realize the abovementioned objectives, a method for setting a temperature of a sensor element which can be heated by means of a heating device for detecting at least one property of a gas in a measuring gas space and a sensor device for detecting at least one Property of a gas in a sample gas chamber
vorgeschlagen. Wie oben beschrieben, kann die Erfassung der mindestens einen Eigenschaft insbesondere eine Bestimmung eines Anteils einer Gaskomponenten in dem Gas sein. Bei der Gaskomponente kann es sich insbesondere um eine oder mehrere der Gaskomponenten Sauerstoff, Stickstoff, Stickoxide, Kohlenwasserstoffe oder andere Komponenten handeln. Bei dem Gas kann es sich insbesondere um ein Abgas handeln, insbesondere ein Abgas einer Verbrennungsmaschine, und bei dem Messgasraum insbesondere um einen Abgastrakt, beispielsweise einen Abgastrakt in einem proposed. As described above, the detection of the at least one property may in particular be a determination of a proportion of a gas component in the gas. The gas component may in particular be one or more of the gas components oxygen, nitrogen, nitrogen oxides, hydrocarbons or other components. The gas may in particular be an exhaust gas, in particular an exhaust gas of an internal combustion engine, and in the sample gas chamber in particular an exhaust gas tract, for example an exhaust gas tract in one
Kraftfahrzeug. Auch andere Einsatzgebiete sind jedoch grundsätzlich möglich.
Das Verfahren dient zur Einstellung einer Temperatur des mittels einer Heizvorrichtung beheizbaren Sensorelements. Unter einer Einstellung einer Temperatur kann dabei eine Einstellung auf eine fest vorgegebene oder auch auf eine variabel vorgegebene Motor vehicle. However, other applications are possible in principle. The method is used to set a temperature of the heated by a heater sensor element. Under a setting of a temperature can be a setting to a fixed or predetermined to a variable
Temperatur verstanden werden, wobei auch Temperaturverläufe vorgebbar sind. Unter einer Einstellung kann, wie unten noch näher ausgeführt wird, eine Steuerung und/oder eine Regelung der Temperatur subsummiert werden. Die Heizvorrichtung kann insbesondere eine resistive Heizvorrichtung umfassen, also beispielsweise mindestens einen Heizwiderstand, welcher beispielsweise durch Beaufschlagung mit einer Temperature are understood, with temperature gradients are specified. Under a setting, as will be explained in more detail below, a control and / or a regulation of the temperature can be subsumed. The heating device may in particular comprise a resistive heating device, that is, for example, at least one heating resistor, which, for example, by applying a
Heizerspannung und/oder einem Heizerstrom resistiv beheizbar sein kann. Das vorgeschlagene Verfahren umfasst die im Folgenden beschriebenen Verfahrensschritte, welche vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, in der dargestellten Reihenfolge durchgeführt werden können. Einzelne oder mehrere Verfahrensschritte können auch zeitlich parallel, zeitlich überlappend oder einzeln oder zu mehreren wiederholt durchgeführt werden oder über längere Zeiträume durchgeführt werden. Das Verfahren kann darüber hinaus weitere, nicht aufgeführte Verfahrensschritte umfassen. Heater voltage and / or a heater current can be resistively heated. The proposed method comprises the method steps described below, which can preferably, but not necessarily, be carried out in the illustrated order. Individual or several method steps can also be carried out repeatedly in time, overlapping in time or individually or repeatedly, or be carried out over longer periods of time. The method may further include other unlisted method steps.
In einem ersten Verfahrensschritt wird mindestens ein Istwert mindestens einer In a first method step, at least one actual value is at least one
Regelgröße des Sensorelements erfasst. Unter einer Regelgröße kann dabei Controlled variable of the sensor element detected. Under a controlled variable can thereby
grundsätzlich eine beliebige Messgröße des Sensorelements verstanden werden, welche für die Temperatureinstellung von Relevanz ist, insbesondere eine elektrische und/oder thermische Messgröße, welche direkt oder indirekt mit der Temperatur korreliert, also eine Messgröße, welche einen Rückschluss auf eine aktuelle Temperatur des Sensorelements oder eines Bereichs des Sensorelements ermöglicht. Beispiele von Regelgrößen werden unten noch näher erläutert. Anstelle der eigentlichen Messgröße können auch aus dieser Messgröße abgeleitete Größen verwendet werden, beispielsweise interpolierte, extrapolierte, gefilterte, verstärkte, digitalistisierte oder andere Werte. Unter einem Istwert der mindestens einen Regelgröße wird dabei ein aktueller Wert verstanden, also ein Messwert oder aus dem Messwert abgeleiteter Wert der Regelgröße, welcher zum gegenwärtigen Zeitpunkt oder zu einem Zeitpunkt erfasst wurde, welcher vorzugsweise nicht mehr als einige Sekunden, beispielsweise nicht mehr als 10 Sekunden, Basically, any measured variable of the sensor element are understood, which is for the temperature adjustment of relevance, in particular an electrical and / or thermal measurement, which correlates directly or indirectly with the temperature, that is, a measure which a conclusion on a current temperature of the sensor element or a Area of the sensor element allows. Examples of controlled variables are explained in more detail below. Instead of the actual measured quantity, variables derived from this measured variable can also be used, for example interpolated, extrapolated, filtered, amplified, digitized or other values. In this context, an actual value of the at least one controlled variable is understood to be a current value, ie a measured value or value of the controlled variable derived from the measured value, which was detected at the present time or at a time, which is preferably not more than a few seconds, for example not more than 10 seconds
insbesondere nicht mehr als 5 Sekunden, vorzugsweise nicht mehr als 1 Sekunde oder sogar nicht mehr als 100 Millisekunden zurückliegt. In einem weiteren Verfahrensschritt wird mindestens ein Sollwert der zumindest einen Regelgröße ermittelt. Unter einem Sollwert wird dabei ein Wert der Regelgröße
verstanden, auf weichen die Regelgröße exakt oder unter Vorgabe einer oder mehrerer Toleranzschwellen, eingestellt werden soll. Die Ermittlung des Sollwerts kann in particular not more than 5 seconds, preferably not more than 1 second or even not more than 100 milliseconds ago. In a further method step, at least one desired value of the at least one controlled variable is determined. Below a setpoint value is a value of the controlled variable understood to soft the controlled variable exactly or under specification of one or more tolerance thresholds to be set. The determination of the setpoint can
insbesondere dadurch erfolgen, dass dieser Sollwert von einer von dem Sensorelement getrennten Vorrichtung bereitgestellt wird, beispielsweise in dem dieser Sollwert fest vorgegeben wird oder, wie unten noch näher erläutert wird, unter Berücksichtigung mindestens einer Steuergröße, die den Einfluss einer Umgebung des Sensorelement auf die Temperatur des Sensorelements charakterisiert, bestimmt wird. Zur Ermittlung des Sollwerts können dementsprechend beispielsweise mindestens eine in particular be effected by this setpoint is provided by a device separate from the sensor element, for example, in which this setpoint is fixed or, as will be explained below, taking into account at least one control variable, the influence of an environment of the sensor element on the temperature characterized the sensor element is determined. Accordingly, for example, at least one can determine the setpoint
Datenverarbeitungsvorrichtung und/oder mindestens eine elektronische Tabelle und/oder eine andere Art von Vorrichtung vorgesehen sein, welche den mindestens einen Sollwert ermittelt und für das Verfahren bereitstellt. Data processing device and / or at least one electronic table and / or another type of device may be provided which determines the at least one desired value and provides for the method.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird mindestens eine Stellgröße der Heizvorrichtung mittels mindestens eines Vergleichs des Sollwerts und des Istwerts erzeugt. Unter einer Stellgröße ist dabei eine Größe, vorzugsweise ein elektrisches Signal und/oder eine digitale Information, zu verstehen, mittels derer die Heizvorrichtung unmittelbar oder indirekt angesteuert werden kann. Diese Stellgröße kann somit beispielsweise, wie unten noch näher ausgeführt wird, beispielsweise eine Heizleistung, eine Heizerspannung (wobei aktuelle oder auch effektive Heizerspannungen verwendet werden können), einen Heizstrom oder ähnliche Größen umfassen, mittels derer die Heizvorrichtung unmittelbar beaufschlagt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die mindestens eine Stellgröße optional jedoch auch derart ausgestaltet sein, dass diese zunächst weiterverarbeitet werden muss, bevor diese zur Beaufschlagung der Heizvorrichtung dient, wobei beispielsweise mindestens ein Stellglied (beispielsweise mindestens ein In a further method step, at least one manipulated variable of the heating device is generated by means of at least one comparison of the setpoint value and the actual value. A manipulated variable is understood to be a variable, preferably an electrical signal and / or digital information, by means of which the heating device can be controlled directly or indirectly. This manipulated variable can thus, for example, as described below, for example, a heating power, a heater voltage (current or effective heater voltages can be used), a heating current or similar sizes include, by means of which the heater can be applied directly. Alternatively or additionally, however, the at least one manipulated variable may optionally also be configured such that it must first be further processed before it serves to act on the heating device, wherein, for example, at least one actuator (for example at least one
Heizspannungsgenerator und/oder mindestens ein Verstärker) eingesetzt werden können. Heizspannungsgenerator and / or at least one amplifier) can be used.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird mindestens ein Kontrollschritt durchgeführt. In diesem Kontrollschritt wird mindestens ein zur Einstellung der Temperatur mittels des vorgeschlagenen Verfahrens verwendeter Parameter überprüft und die mindestens eine Stellgröße in Abhängigkeit von der Überprüfung beeinflusst. Unter einem zur Einstellung der Temperatur verwendeten Parameter können dabei grundsätzlich eine oder mehrere der oben genannten und/oder weiteren, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Größen eingesetzt werden. Insbesondere kann der mindestens eine In a further method step, at least one control step is carried out. In this control step, at least one parameter used for setting the temperature by means of the proposed method is checked and the at least one manipulated variable is influenced as a function of the check. In principle, one or more of the abovementioned and / or other parameters used in the method according to the invention can be used under a parameter used to adjust the temperature. In particular, the at least one
Parameter ein bei der Regelung und/oder einer optional überlagerten und unten noch näher erläuterten Steuerung verwendeter Parameter sein, gegebenenfalls auch die Stellgröße selbst. Beispiele von für die Einstellung der Temperatur verwendeten
Parametern werden unten noch näher aufgeführt. Unter einer Überprüfung kann insbesondere, wie unten ebenfalls noch näher ausgeführt wird, eine Abfrage verstanden werden, ob der mindestens eine Parameter mindestens einer vorgegebenen Bedingung genügt oder nicht. Beispielsweise können, wie unten noch näher ausgeführt wird, eine oder mehrere Schwellwertbedingungen vorgegeben werden. Unter einer Beeinflussung der mindestens einen Stellgröße in Abhängigkeit von der Überprüfung kann dabei eine direkte oder indirekte Beeinflussung der Stellgröße verstanden werden, beispielsweise indem die Stellgröße oder eine auf die Stellgröße einwirkende, vorgeschaltete Größe gezielt verändert wird. Die Beeinflussung kann eine Veränderung umfassen, Parameter be used in the control and / or an optional superimposed and explained in more detail below control parameters, optionally also the manipulated variable itself. Examples of used for the adjustment of the temperature Parameters are listed below. A check can, in particular, as will also be explained in more detail below, be understood to mean a query as to whether the at least one parameter satisfies at least one predetermined condition or not. For example, as will be explained below, one or more threshold conditions may be specified. An influencing of the at least one manipulated variable as a function of the checking can be understood to be a direct or indirect influencing of the manipulated variable, for example by the manipulated variable or an upstream variable acting on the manipulated variable being specifically changed. The influence can include a change,
beispielsweise eine Veränderung mittels eines oder mehrerer Korrekturfunktionen,for example, a change by means of one or more correction functions,
Korrekturkennlinien, Korrekturfaktoren, mittels eines Abzugs und/oder einer Addition eines vorgegebenen Betrags, mittels einer Ersetzung durch einen Default-Wert, insbesondere 0 oder einen Maximal- oder Minimalwert, oder auch - je nach Ergebnis der Überprüfung des mindestens einen Parameters - ein Unverändertlassen der mindestens einen Stellgröße. Anstelle einer einzelnen Bedingung können auch mehrere Bedingungen vorgegeben sein, welche beispielsweise auch mit unterschiedlichen Arten von Correction characteristics, correction factors, by means of a deduction and / or addition of a predetermined amount, by means of a substitution by a default value, in particular 0 or a maximum or minimum value, or - depending on the result of the review of the at least one parameter - a Unchangedlassen at least one manipulated variable. Instead of a single condition, it is also possible to specify a plurality of conditions which, for example, also have different conditions
Beeinflussungen gekoppelt werden können. So können beispielsweise mehrere Influencing can be coupled. For example, several
Überprüfungen durchgeführt werden, wobei jede Überprüfung oder jede Gruppe von Überprüfungen zu einer unterschiedlichen Beeinflussung der mindestens einen Stellgröße führt. Checks are performed, each review or group of reviews leads to a different influence on the at least one control variable.
Nach Durchführung der genannten Verfahrensschritte kann die Heizvorrichtung insbesondere mit der mindestens einen Stellgröße und/oder mit mindestens einer aus der Stellgröße abgeleiteten weiteren Stellgröße, beispielsweise unter Zwischenschaltung eines oder mehrerer Stellglieder, beaufschlagt werden. Die Korrektur der Stellgröße folgt vorzugsweise vor der Beaufschlagung der Heizvorrichtung. After carrying out the above-mentioned method steps, the heating device can be acted upon in particular by the at least one manipulated variable and / or by at least one further manipulated variable derived from the manipulated variable, for example by interposing one or more actuators. The correction of the manipulated variable preferably follows before the heating device is charged.
Besonders bevorzugt ist es, wenn das Verfahren derart durchgeführt wird, dass weiterhin mindestens eine Steuergröße erfasst wird. Unter einer Steuergröße ist dabei eine beliebige Größe zu verstehen, welche einen Einfluss einer Umgebung des It is particularly preferred if the method is carried out such that at least one control variable is still detected. In this case, a control variable is to be understood to mean any variable which influences the environment of the
Sensorelements auf die Temperatur des Sensorelements charakterisiert. Insbesondere kann die Steuergröße mindestens einen der folgenden Parameter umfassen: eine Umgebungstemperatur des Sensorelements, insbesondere eine Gastemperatur, beispielsweise eine Abgastemperatur, in dem Messgasraum; einen Betriebsparameter einer das Gas beinhaltenden, generierenden oder verwendenden Vorrichtung, insbesondere einen Betriebsbereich einer Verbrennungsmaschine, vorzugsweise einen
Motorbetriebspunkt; einen Parameter, der einen in der Umgebung des Sensorelements auftretenden Gasstrom charakterisiert, insbesondere quantifiziert, beispielsweise einen Volumenstrom und/oder Massenstrom des Gases, beispielsweise des Abgases; einen Parameter, der eine in der Umgebung des Sensorelements auftretende Temperatur charakterisiert und insbesondere quantifiziert, insbesondere eine Abgastemperatur, eine Katalysatortemperatur und/oder eine Rohrwandtemperatur; eine Motordrehzahl; einen Motor-Lastzustand. Diese mindestens eine Steuergröße wird bereits in derzeitigen Abgassystemen in Kraftfahrzeugen in der Regel erfasst, da beispielsweise Sensor element characterized on the temperature of the sensor element. In particular, the control variable may comprise at least one of the following parameters: an ambient temperature of the sensor element, in particular a gas temperature, for example an exhaust gas temperature, in the sample gas space; an operating parameter of a device containing, generating or using the gas, in particular an operating range of an internal combustion engine, preferably a Engine operating point; a parameter that characterizes, in particular quantifies, a gas stream occurring in the vicinity of the sensor element, for example a volume flow and / or mass flow of the gas, for example the exhaust gas; a parameter that characterizes and in particular quantifies a temperature occurring in the vicinity of the sensor element, in particular an exhaust gas temperature, a catalyst temperature and / or a tube wall temperature; an engine speed; an engine load condition. This at least one control variable is already recorded in current exhaust systems in motor vehicles usually, for example
Abgastemperaturen für den Betrieb von Katalysatoren von Bedeutung sind, da Exhaust gas temperatures for the operation of catalysts are important because
Motorbetriebspunkte von einer Motorsteuerung ohnehin erfasst werden und da auch Abgasströme (Massenströme und/oder Volumenströme) beispielsweise bei einer Engine operating points are detected by an engine control anyway and there also exhaust gas streams (mass flows and / or flow rates), for example, at a
Abgasrückführung von Bedeutung sind. Insofern können beispielsweise ohnehin erfasste Parameter oder Kombinationen derartiger Parameter als Steuergrößen für das vorgeschlagene Verfahren verwendet werden. Auch andere Parameter sind jedoch alternativ oder zusätzlich einsetzbar. Exhaust gas recirculation are of importance. In this respect, for example, any parameters or combinations of such parameters that are already recorded can be used as control variables for the proposed method. However, other parameters are alternatively or additionally applicable.
Wie oben dargestellt, umfasst das vorgeschlagene Verfahren eine Regelung der As indicated above, the proposed method comprises a regulation of
Heizvorrichtung. Optional kann diese Regelung mindestens eine Steuerung der Heater. Optionally, this control can be at least one control of
Heizvorrichtung überlagert werden. Während bei einer Regelung aufgrund eines Heating device are superimposed. While in a scheme due to a
Vergleichs des Sollwerts und des Istwerts mindestens eine Stellgröße erzeugt wird, vorzugsweise automatisch, wobei eine Rückkopplung mit einem geschlossenen Comparison of the setpoint and the actual value at least one manipulated variable is generated, preferably automatically, with a feedback with a closed
Wrkungskreis entstehen kann, erfolgt bei einer Steuerung lediglich eine Vorgabe einer Steuer-Führungsgröße, welche dann in der Steuerung in eine entsprechende In a control only a specification of a control command variable, which then in the control in a corresponding
Steuerstellgröße umgewandelt wird, ohne dass ein geschlossener Wrkungskreis verwendet wird. Die bei der Steuerung erzeugte mindestens eine Steuer-Stellgröße kann dabei der bei der Regelung erzeugten Stellgröße beispielsweise additiv, multiplikativ, subtraktiv oder auf andere Weise überlagert werden. Derartige Überlagerungen sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt. Beispielsweise kann vor der Überlagerung eine unterschiedliche Verstärkung der bei der Regelung und bei der Steuerung erzeugten Stellgrößen folgen. Auch andere Arten der Überlagerung sind jedoch möglich. DieControl variable is converted without a closed circle is used. The at least one control manipulated variable generated during the control can be superimposed, for example, additively, multiplicatively, subtractively or in some other way, the manipulated variable generated during the control. Such overlays are basically known from the prior art. For example, before the superimposition, a different amplification of the manipulated variables generated in the control and in the control can follow. However, other types of superposition are possible. The
Überlagerung kann vor oder nach einem optionalen Stellglied erfolgen, beispielsweise vor oder nach einem Heizspannungsgenerator. Alternativ oder zusätzlich können auch für die Steuerung und für die Regelung unterschiedliche Stellglieder verwendet werden, beispielsweise jeweils eigenständige Heizspannungsgeneratoren, welche jeweils unabhängig voneinander Heizspannungen generieren, die anschließend, vor Overlaying can take place before or after an optional actuator, for example before or after a heating voltage generator. Alternatively or additionally, different actuators can also be used for the control and for the control, for example, in each case independent heating voltage generators which in each case generate heating voltages independently of one another, which subsequently, before
Beaufschlagung der mindestens einen Heizvorrichtung, überlagert werden können.
Die Steuerung der Heizvorrichtung kann insbesondere unter Berücksichtigung der mindestens einen Steuergröße erfolgen, beispielsweise einer oder mehreren der oben genannten Steuergrößen, welche einen Einfluss der Umgebung des Sensorelements auf die Temperatur des Sensorelements charakterisieren. Dabei können für die Regelung und die Steuerung jeweils dieselben Steuergrößen verwendet werden oder auch Loading the at least one heater, can be superimposed. The control of the heating device can take place in particular taking into account the at least one control variable, for example one or more of the above-mentioned control variables, which characterize an influence of the environment of the sensor element on the temperature of the sensor element. In this case, the same control variables can be used for the control and the control in each case or
unterschiedliche Steuergrößen. different control variables.
Die Ermittlung des oben beschriebenen Sollwerts kann insbesondere unter The determination of the above-described setpoint can in particular under
Berücksichtigung der mindestens einen Steuergröße erfolgen. Dies bedeutet, dass die Regelung auf die mindestens eine Steuergröße angepasst werden kann, die einen Einfluss einer Umgebung des Sensorelements auf die Temperatur des Sensorelements charakterisiert. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Steuerung unter Berücksichtigung der mindestens einen Steuergröße erfolgen, beispielsweise indem eine Steuer- Führungsgröße entsprechend der mindestens einen Steuergröße ausgewählt wird. So kann beispielsweise die Temperatur des Gases in dem Messgasraum und/oder eine Strömung des Gases in dem Messgasraum berücksichtigt werden. Ist beispielsweise die Abgastemperatur hoch, so genügt in der Regel eine geringere Heizleistung, um beispielsweise die Temperatur des Sensorelements auf den entsprechenden Sollwert einzustellen. Taking into account the at least one control variable. This means that the control can be adapted to the at least one control variable which characterizes an influence of an environment of the sensor element on the temperature of the sensor element. Alternatively or additionally, the control can also take place taking into account the at least one control variable, for example by selecting a control command variable corresponding to the at least one control variable. For example, the temperature of the gas in the measuring gas space and / or a flow of the gas in the measuring gas space can be taken into account. If, for example, the exhaust gas temperature is high, a lower heating power is generally sufficient, for example, to set the temperature of the sensor element to the corresponding desired value.
Die mindestens eine Regelgröße kann insbesondere eine oder mehrere der folgenden Regelgrößen umfassen: mindestens einen Innenwiderstand des Sensorelements, insbesondere einen Innenwiderstand mindestens einer elektrochemischen Zelle des Sensorelements, also einer Kombination aus mindestens zwei Elektroden und mindestens einem die mindestens zwei Elektroden verbindenden Festelektrolyten; eine Temperatur des Sensorelements, welche beispielsweise mittels eines separaten Temperatursensors erfassbar sein kann; eine Spannung zwischen mindestens zwei Elektroden des The at least one controlled variable may in particular comprise one or more of the following control variables: at least one internal resistance of the sensor element, in particular an internal resistance of at least one electrochemical cell of the sensor element, ie a combination of at least two electrodes and at least one solid electrolyte connecting the at least two electrodes; a temperature of the sensor element, which may be detectable for example by means of a separate temperature sensor; a voltage between at least two electrodes of the
Sensorelements, insbesondere zwischen mindestens zwei Elektroden einer Nernstzelle des Sensorelements; einen Strom zwischen mindestens zwei Elektroden des Sensor element, in particular between at least two electrodes of a Nernst cell of the sensor element; a current between at least two electrodes of the
Sensorelements, insbesondere zwischen mindestens zwei Elektroden einer Pumpzelle des Sensorelements; beispielsweise einen Strom bei einer fest vorgegebenen Sensor element, in particular between at least two electrodes of a pump cell of the sensor element; for example, a stream at a fixed predetermined
Pumpspannung; einen elektrischen Widerstand einer leitenden Struktur, insbesondere einer leitenden Struktur des Sensorelements, beispielsweise einen elektrischen Pump voltage; an electrical resistance of a conductive structure, in particular a conductive structure of the sensor element, for example an electrical
Widerstand einer Metall struktur, beispielsweise einen elektrischen Widerstand einer Zuleitung und/oder eines metallischen Mäanders. Auch andere Regelgrößen oder
Kombinationen der genannten und/oder andere Regelgrößen sind denkbar. Besonders bevorzugt ist die Verwendung mindestens eines Innenwiderstands oder mindestens einer den Innenwiderstand des Sensorelements charakterisierenden Größe als Regelgröße. Beispielsweise kann dieser Innenwiderstand dadurch gemessen werden, dass Resistance of a metal structure, for example, an electrical resistance of a supply line and / or a metallic meander. Also other controlled variables or Combinations of said and / or other controlled variables are conceivable. Particularly preferred is the use of at least one internal resistance or at least one of the internal resistance of the sensor element characterizing size as a controlled variable. For example, this internal resistance can be measured by
mindestens eine elektrochemische Zelle des Sensorelements kurzfristig mit einem at least one electrochemical cell of the sensor element in the short term with a
Spannungs- und/oder Strompuls beaufschlagt wird und die jeweils andere Größe, beispielsweise Strom bzw. Spannung gemessen wird. Diese Innenwiderstandsmessung kann zeitlich überlagert zu sonstigen Messungen des Sensorelements zur Erfassung der mindestens einen Eigenschaft des Gases durchgeführt werden oder auch intermittierend, beispielsweise indem die eigentliche Erfassung der Eigenschaft kurzfristig unterbrochen wird. So kann beispielsweise eine eigentlich als Nernstzelle verwendete Zelle des Voltage and / or current pulse is applied and the other size, such as current or voltage is measured. This internal resistance measurement can be superimposed over time to other measurements of the sensor element for detecting the at least one property of the gas or intermittently, for example by the actual detection of the property is temporarily interrupted. For example, a cell actually used as a Nernst cell of the
Sensorelements kurzfristig für eine Temperaturmessung eingesetzt werden. Sensor element can be used in the short term for a temperature measurement.
Wie oben ausgeführt, kann die Stellgröße insbesondere eine Stellgröße sein, welche eine Heizleistung der Heizvorrichtung und damit einen Eintrag einer Wärmeenergie in das Sensorelement beeinflusst. Insbesondere kann die Stellgröße eine oder mehrere der folgenden Stellgrößen umfassen: eine an der Heizvorrichtung anliegende As stated above, the manipulated variable may in particular be a manipulated variable which influences a heating power of the heating device and thus an entry of thermal energy into the sensor element. In particular, the manipulated variable may include one or more of the following manipulated variables: a voltage applied to the heater
Heizerspannung; eine an der Heizvorrichtung anliegende Heizleistung; einen an der Heizvorrichtung anliegenden Heizstrom; einen Parameter einer Pulsweitenmodulation einer an der Heizvorrichtung anliegenden Heizleistung. Auch Kombinationen der genannten und/oder anderer Stellgrößen sind denkbar. Dabei können die genannten Stellgrößen direkt verwendet werden oder, wie oben erwähnt aus diesen Stellgrößen ableitbare oder diese Stellgröße generierende Größen. Wie oben ausgeführt, wird in dem Kontrollschritt mindestens ein zur Einstellung derHeater voltage; a heating power applied to the heater; a heating current applied to the heater; a parameter of a pulse width modulation of a heating power applied to the heater. Combinations of the mentioned and / or other manipulated variables are also conceivable. In this case, the aforementioned manipulated variables can be used directly or, as mentioned above, variables that can be derived from these manipulated variables or variables that generate this manipulated variable. As stated above, in the control step at least one for setting the
Temperatur verwendeter Parameter überprüft. Dieser mindestens eine Parameter kann insbesondere einen oder mehrere der folgenden Parameter umfassen: den Istwert der Regelgröße, den Sollwert der Regelgröße, die Stellgröße; die Steuergröße, welche einen Einfluss der Umgebung des Sensorelements auf die Temperatur des Sensorelements charakterisiert. Bezüglich der möglichen Ausgestaltungen der Steuergröße kann dabei auf die obige Beschreibung verwiesen werden. Alternativ oder zusätzlich können weitere Parameter und/oder Kombinationen der genannten und/oder anderer Parameter verwendet werden. In dem Kontrollschritt können dabei die genannten und/oder andere Parameter als einzelne Werte überprüft werden, beispielsweise in dem ein Temperature of used parameter checked. In particular, this at least one parameter may include one or more of the following parameters: the actual value of the controlled variable, the nominal value of the controlled variable, the manipulated variable; the control variable, which characterizes an influence of the environment of the sensor element on the temperature of the sensor element. With regard to the possible embodiments of the control variable can be made to the above description. Alternatively or additionally, further parameters and / or combinations of the mentioned and / or other parameters can be used. In the control step, the mentioned and / or other parameters can be checked as individual values, for example in the one
Einzelwertvergleich mit mindestens einem Schwellwert erfolgt. Alternativ oder zusätzlich können jedoch auch für einzelne, mehrere oder alle der genannten Parameter zeitliche
Verläufe der Parameter überprüft werden, beispielsweise indem zeitliche Schwankungen, die Historie des Verlaufs der genannten Parameter, Mittelwerte der genannten Parameter über einen vorgegebenen Zeitraum hinweg, gefilterte Verläufe der genannten Parameter oder andere aus den zeitlichen Verläufen der genannten Parameter und/oder andere Parameter abgeleitete Sekundärparameter oder Funktionen ausgewertet werden. Single value comparison with at least one threshold takes place. Alternatively or additionally, however, temporal can also be used for individual, several or all of the mentioned parameters Characteristics of the parameters are checked, for example, by temporal variations, the history of the course of said parameters, averages of said parameters over a given period of time, filtered waveforms of said parameters or other derived from the time histories of said parameters and / or other parameters secondary parameters or functions are evaluated.
Beispiele werden unten noch näher erläutert. Examples are explained in more detail below.
Die Überprüfung des Parameters in dem Kontrollschritt kann, wie oben beschrieben, auf verschiedene Weisen ausgestaltet sein, die auch beliebig miteinander kombinierbar sind. Insbesondere kann die Überprüfung des Parameters eine Abfrage umfassen, ob der Parameter (worunter, wie oben ausgeführt, ein einzelner Wert, mehrere Werte, abgeleitete Werte, Zeitverläufe oder ähnliche Werte zu verstehen sind) mindestens einem fest oder dynamisch vorgegebenen Schwellwert erreicht, unterschreitet oder überschreitet und optional gegebenenfalls wie lange dies der Fall ist. Beispielsweise kann mindestens eine Bedingung derart lauten, dass der Parameter einen vorgegebenen Schwellwert unterschreiten soll oder nicht überschreiten soll. Auch eine Bedingung, dass der The checking of the parameter in the control step can, as described above, be configured in various ways, which can also be combined with one another as desired. In particular, the checking of the parameter may include a query as to whether the parameter (which, as explained above, is a single value, a plurality of values, derived values, time courses or similar values) reaches, falls below or exceeds at least one fixed or dynamically predetermined threshold value and, optionally, how long this is the case. For example, at least one condition may be such that the parameter should be less than or less than a predetermined threshold. Also a condition that the
Parameter einen vorgegebenen Schwellwert überschreiten oder nicht unterschreiten soll, kann vorgegeben werden. Der Schwellwert kann fest vorgegeben sein oder auch variabel, also dynamisch, beispielsweise angepasst auf eine oder mehrere externe Steuergrößen und/oder andere externe Parameter. Alternativ oder zusätzlich kann die Überprüfung auch eine Abfrage umfassen, ob eine zeitliche Schwankung des Parameters über einen Messzeitraum hinweg eine vorgegebene Maximalschwankung unterschreitet, erreicht oder überschreitet und optional gegebenenfalls wie lange dies der Fall ist. Entsprechend können auch hier bezüglich der Schwankungen gewisse Bedingungen gesetzt werden, wiederum alternativ oder zusätzlich kann der Kontroll schritt eine Überprüfung in Form eines Vergleichs eines zeitlichen Verlaufs des Parameters mit mindestens einem Parameter should exceed a predetermined threshold or should not fall below, can be specified. The threshold value can be fixed or variable, that is dynamic, for example, adapted to one or more external control variables and / or other external parameters. Alternatively or additionally, the check may also include a query as to whether a temporal fluctuation of the parameter over a measurement period falls short of, reaches or exceeds a predefined maximum fluctuation and, optionally, how long this is the case. Accordingly, certain conditions can also be set here with regard to the fluctuations, again alternatively or additionally, the checking step can be a check in the form of a comparison of a time profile of the parameter with at least one
Sollverlauf umfassen. Ein derartiger Vergleich kann beispielsweise durch einen Vergleich von Kurven, Funktionen, Einzelwerten, mehreren Werten oder auf ähnliche Weise erfolgen. Beispielsweise können Abweichungen, Fehlerquadrate, Korrelationsfunktionen oder ähnliche Vergleiche herangezogen werden, um eine Übereinstimmung und/oder eine Abweichung des Verlaufs von dem Sollverlauf zu quantifizieren. Auch Kombinationen der genannten Überprüfungen untereinander und/oder mit anderen Überprüfungen sind möglich. Beispiele werden unten noch näher ausgeführt. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens betreffen die Art der Beeinflussung der Stellgröße in dem Kontrollschritt. So kann diese Beeinflussung insbesondere eine
oder mehrere der im Folgenden beschrieben Beeinflussungen umfassen. Beispielsweise kann die Beeinflussung eine Verwerfung eines einzelnen oder mehrerer Werte des Parameters und/oder eine darauf resultierende Beeinflussung der Stellgröße umfassen. Insbesondere kann eine Verwerfung stark schwankender zeitlicher Messwerte des Parameters erfolgen, beispielsweise eine Verwerfung von Messwerten des Parameters, welche außerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs, beispielsweise eines vorgegebenen Toleranzbereichs um einen zeitlichen Mittelwert, liegen. Alternativ oder zusätzlich können eine Filterung des Istwerts und eine daraus resultierende Include target course. Such a comparison may be made, for example, by a comparison of curves, functions, individual values, multiple values, or the like. For example, deviations, error squares, correlation functions or similar comparisons can be used to quantify a match and / or a deviation of the course from the target profile. It is also possible to combine the aforementioned checks with one another and / or with other checks. Examples will be discussed below. Further preferred embodiments of the method relate to the type of influencing the manipulated variable in the control step. So this influence can be a particular or more of the influences described below. By way of example, the influencing may include a rejection of one or more values of the parameter and / or a consequent influencing of the manipulated variable. In particular, a rejection of strongly fluctuating temporal measured values of the parameter can take place, for example a rejection of measured values of the parameter, which lie outside a predetermined tolerance range, for example a predetermined tolerance range around a temporal mean value. Alternatively or additionally, a filtering of the actual value and a resulting
Beeinflussung der Stellgröße erfolgen. Eine Filterung kann beispielsweise mittels eines Tiefpassfilters und/oder mittels eines Bandpassfilters erfolgen. Wiederum alternativ oder zusätzlich kann die Beeinflussung auch mindestens einen Mittelwertbildung des Istwerts und eine daraus resultierende Beeinflussung der Stellgröße umfassen. So kann beispielsweise ein Istwert über einen gewissen Zeitraum hinweg gemittelt werden, wobei beispielsweise ein geometrisches Mittel und/oder ein arithmetisches Mittel gebildet werden kann. Wederum alternativ oder zusätzlich kann die Stellgröße auch durch einen fest oder dynamisch vorgegebenen Minimalwert oder Maximalwert ersetzt werden. Influencing the manipulated variable done. A filtering can be done for example by means of a low-pass filter and / or by means of a bandpass filter. Again alternatively or additionally, the influencing may also include at least one averaging of the actual value and a resulting influencing of the manipulated variable. Thus, for example, an actual value can be averaged over a certain period of time, wherein, for example, a geometric mean and / or an arithmetic mean can be formed. Neither alternatively or additionally, the manipulated variable can also be replaced by a fixed or dynamically predetermined minimum value or maximum value.
Beispielsweise kann eine feste Untergrenze und/oder eine feste Obergrenze für die mindestens eine Stellgröße vorgegeben werden. Eine dynamische Vorgabe kann beispielsweise als Abweichung um eine Steuer-Stellgröße erfolgen, wenn eine Steuerung der Regelung überlagert wird. So kann beispielsweise um einen Steuer-Stellwert ein Toleranzbereich vorgegeben werden, innerhalb dessen die Stellgröße liegen soll. For example, a fixed lower limit and / or a fixed upper limit for the at least one manipulated variable can be specified. A dynamic specification can for example be done as a deviation by a control manipulated variable when a control of the control is superimposed. For example, a tolerance range can be specified by a control manipulated variable within which the manipulated variable should lie.
Beispiele werden unten noch näher beschrieben. Wederum alternativ oder zusätzlich kann die Stellgröße auch auf einen Default-Wert gesetzt werden, beispielsweise 0 oder einen im Vergleich zu einem maximal möglichen Wert reduzierten Wert. Dies kann auch durch ein Abschalten einer Beaufschlagung der Heizvorrichtung mit Heizenergie erfolgen. Wiederum alternativ oder zusätzlich kann die Stellgröße um einen vorgegebenen Betrag oder einen vorgegebenen Korrekturfaktor verringert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Stellgröße auch mittels mindestens einer Korrekturfunktion in eine veränderte Stellgröße umgewandelt werden. Diese mindestens eine Korrekturfunktion kann grundsätzlich beliebige Korrekturen umfassen, beispielsweise Korrekturen mittels eines oder mehrerer Korrekturwerte, Korrekturfunktionen, Korrektur-Feldern oder ähnlichen, dem Fachmann grundsätzlich bekannten Korrekturen. Wederum alternativ oder zusätzlich kann die Beeinflussung auch eine Veränderung mindestens eines Regelkreises der Einstellung der Temperatur umfassen, insbesondere eine Abschaltung eines integralen Anteils des Regelkreises. Wiederum alternativ oder zusätzlich kann die Beeinflussung auch eine vollständige und/oder teilweise Abschaltung der Regelung
umfassen, beispielsweise indem vollständig auf eine Steuerung der Heizvorrichtung umgeschaltet wird, beispielsweise eine Steuerung der oben beschriebenen Art. Examples will be described in more detail below. Neither alternatively or additionally, the manipulated variable can also be set to a default value, for example 0 or a reduced value compared to a maximum possible value. This can also be done by switching off a loading of the heater with heating energy. Again alternatively or additionally, the manipulated variable can be reduced by a predetermined amount or a predetermined correction factor. Alternatively or additionally, the manipulated variable can also be converted into a modified manipulated variable by means of at least one correction function. This at least one correction function can in principle comprise any desired corrections, for example corrections by means of one or more correction values, correction functions, correction fields or similar corrections basically known to the person skilled in the art. Neither alternatively or additionally, the influence may also include a change in at least one control loop of the setting of the temperature, in particular a shutdown of an integral part of the control loop. Again, alternatively or additionally, the influence can also be a complete and / or partial shutdown of the scheme include, for example, by completely switching to a control of the heater, such as a controller of the type described above.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Sensorvorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum In another aspect of the present invention, a sensor device is provided for detecting at least one property of a gas in a sample gas space
vorgeschlagen, insbesondere zur Bestimmung eines Anteils einer Gaskomponente. Die Sensorvorrichtung umfasst mindestens ein Sensorelement zur Erfassung der Eigenschaft. proposed, in particular for determining a proportion of a gas component. The sensor device comprises at least one sensor element for detecting the property.
Die Sensorvorrichtung umfasst weiterhin mindestens eine Heizvorrichtung zur Beheizung zumindest eines Teils des Sensorelements. Beispielsweise kann die mindestens eineThe sensor device further comprises at least one heating device for heating at least a part of the sensor element. For example, the at least one
Heizvorrichtung ganz oder teilweise Bestandteil des Sensorelements sein. Alternativ oder zusätzlich kann die mindestens eine Heizvorrichtung jedoch auch ganz oder teilweise in anderer Weise in der Sensorvorrichtung aufgenommen sein, beispielsweise als externes Bauteil. Im ersten Fall kann die Heizvorrichtung beispielsweise in ein keramisches Sensorelement integriert sein, beispielsweise einen Schichtaufbau des keramischen Sensorelements, wie dies beispielsweise bei Planarsonden in der Regel der Fall ist. Im zweiten Fall kann die Heizvorrichtung beispielsweise als Stäbchenheizer ausgestaltet sein, wie dies beispielsweise bei Fingersonden in der Regel der Fall ist. Beispielsweise kann das Sensorelement ein Sensorelement mit mindestens einem Festelektrolyten der oben beschriebenen Art sein, insbesondere einem keramischen Festelektrolyten. Das Sensorelement kann insbesondere eine oder mehrere Zellen umfassen, also zwei Elektroden, welche über die Festelektrolyten miteinander in Heating device wholly or partly be part of the sensor element. Alternatively or additionally, however, the at least one heating device can also be accommodated in a completely different manner in the sensor device, for example as an external component. In the first case, the heating device can be integrated, for example, in a ceramic sensor element, for example a layer structure of the ceramic sensor element, as is usually the case, for example, with planar probes. In the second case, the heating device can be designed, for example, as a rod heater, as is generally the case with finger probes, for example. For example, the sensor element may be a sensor element having at least one solid electrolyte of the type described above, in particular a ceramic solid electrolyte. The sensor element may in particular comprise one or more cells, that is to say two electrodes, which communicate with one another via the solid electrolytes
Verbindung stehen. Das Sensorelement kann einzellig oder auch mehrzellig ausgestaltet sein. Bezüglich möglicher Ausgestaltungen des Sensorelements kann beispielsweise auf den oben beschriebenen Stand der Technik verwiesen werden. Grundsätzlich sind alle Arten von Sensorelementen erfindungsgemäß einsetzbar, insbesondere keramische Sensorelemente. Die Sensorvorrichtung umfasst weiterhin mindestens eine Connection stand. The sensor element can be designed unicellular or multicellular. With respect to possible embodiments of the sensor element, reference may be made, for example, to the prior art described above. In principle, all types of sensor elements can be used according to the invention, in particular ceramic sensor elements. The sensor device further comprises at least one
Ansteuervorrichtung. Die Ansteuervorrichtung ist eingerichtet, um ein Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen. Die Driving. The drive device is set up to carry out a method according to one or more of the preceding claims. The
Ansteuervorrichtung kann zentral oder auch dezentral ausgestaltet sein und kann vollständig oder teilweise Software-implementiert und/oder Hardware-implementiert sein. Die Ansteuervorrichtung kann auch ganz oder teilweise beispielsweise in eine zentrale Motorsteuerung implementiert sein. Die Ansteuervorrichtung kann beispielsweise eine Sensor-Ansteuervorrichtung zum Ansteuern und/oder Auswerten des Sensorelements bzw. von Signalen des Sensorelements umfassen. Zur Implementierung des genannten
Verfahrens kann die Ansteuervorrichtung weiterhin beispielsweise mindestens eine Regelvorrichtung umfassen, in welcher beispielsweise mindestens ein Regler enthalten sein kann. Zur Überlagerung einer optionalen Steuerung kann die Ansteuervorrichtung weiterhin mindestens eine Steuervorrichtung umfassen. Die Regelvorrichtung und die Steuervorrichtung können zusammen eine Heizelement-Ansteuervorrichtung bilden. Control device may be configured centrally or decentralized and may be completely or partially software implemented and / or hardware implemented. The drive device can also be completely or partially implemented, for example, in a central motor control. The drive device may comprise, for example, a sensor drive device for driving and / or evaluating the sensor element or signals of the sensor element. To implement the mentioned Method, the drive device may further comprise, for example, at least one control device, in which, for example, at least one controller may be included. For superposition of an optional control, the drive device may further comprise at least one control device. The control device and the control device may together constitute a heater driving device.
Das vorgeschlagene Verfahren und die vorgeschlagene Sensorvorrichtung weisen gegenüber bekannten Verfahren und Sensorvorrichtungen zahlreiche Vorteile auf. So kann insbesondere ein Sensorelement mit der Eigenschaft einer hohen The proposed method and the proposed sensor device have numerous advantages over known methods and sensor devices. In particular, a sensor element with the property of a high
Heizleistungsreserve realisiert werden, die zur Zerstörung des Sensorelements durch Überhitzung bei Beheizung im grundsätzlich zulässigen Bordnetzspannungsbereich führen könnte. Dieses Sensorelement und die Sensorvorrichtung können jedoch unabhängig vom Motorbetriebspunkt bei konstanter Temperatur betrieben werden und gleichzeitig derart eingerichtet sein, dass das Sensorelement vor einer Überhitzung geschützt werden kann. Das Verfahren lässt sich grundsätzlich auf alle aktiv beheizten und temperaturgeregelten oder temperaturgesteuerten Abgassensoren anwenden. Heating power reserve can be realized, which could lead to the destruction of the sensor element by overheating during heating in principle permitted vehicle electrical system voltage range. However, this sensor element and the sensor device can be operated independently of the engine operating point at a constant temperature and at the same time be set up such that the sensor element can be protected against overheating. The method can basically be applied to all actively heated and temperature-controlled or temperature-controlled exhaust gas sensors.
Um die Sensorelementtemperatur möglichst konstant zu halten, können insbesondere eine Temperatursteuerung und eine Temperaturregelung kombiniert werden, wie oben beschrieben. Beispielsweise kann die Steuerung mittels eines Kennfeldes betrieben werden, beispielsweise in dem, wie oben beschrieben, ein oder mehrere Steuergrößen erfasst werden, die den Einfluss der Umgebung des Sensorelements auf die Temperatur des Sensorelements charakterisieren. Eine derartige Steuerung kann insbesondere als Kennfeldvorsteuerung ausgestaltet sein, welcher die genannte Regelung überlagert sein kann. Eine derartige Überlagerung einer Steuerung mit einer Regelung bietet den Vorteil der hohen Genauigkeit einer Regelung, kombiniert mit einer schnellen Reaktion auf Änderungen des Motorbetriebspunkts, beispielsweise bei abrupten Lastwechseln, durch die vorzugsweise betriebspunktabhängigen Steuerungen. Dadurch werden hohe In order to keep the sensor element temperature as constant as possible, in particular a temperature control and a temperature control can be combined, as described above. For example, the controller can be operated by means of a characteristic diagram, for example in which, as described above, one or more control variables are detected which characterize the influence of the surroundings of the sensor element on the temperature of the sensor element. Such a control can in particular be designed as a map feedforward control, which can be superimposed on said control. Such a superposition of closed loop control provides the advantage of high accuracy closed loop control, combined with a rapid response to changes in engine operating point, for example during abrupt load changes, by the preferably operating point dependent controls. This will be high
Reglerhübe vermieden, und die Regelung kann beispielsweise lediglich zur Korrektur einer Steuer-Stellgröße, die durch die Steuerung erzeugt wird, eingesetzt werden. Die Steuer-Stellgröße wird im Folgenden auch als Vorsteuerwert bezeichnet. Dieses Regulator strokes avoided, and the scheme can be used, for example, only to correct a control manipulated variable generated by the controller. The control manipulated variable is also referred to below as the precontrol value. This
Verfahren kann allgemein zu einer verbesserten Temperaturstabilisierung eingesetzt werden. Für die Temperaturregelung, insbesondere einer Sprungsonde, kann Method can generally be used for improved temperature stabilization. For the temperature control, in particular a jumping probe can
insbesondere ein Innenwiderstand einer Nernstzelle durch einen kurzzeitigen Strompuls zwischen Mess- und Referenzelektrode des Sensorelements gemessen werden. Dieses Verfahren ist aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt und wird dort allerdings in
der Regel für Diagnosezwecke eingesetzt. Im Rahmen des oben vorgeschlagenen Verfahrens kann der derartig erfasste Innenwiderstand als Istwert der mindestens einen Regelgröße des Sensorelements oder als Teil eines Istwerts des Wertes verwendet werden. Der ermittelte Innenwiderstand kann dann für die Regelung der Temperatur verwendet werden. Der bei herkömmlichen Regelverfahren bei ungenauer oder fehlerhafter Erfassung der Regelgröße auftretende Nachteil, dass die optimale In particular, an internal resistance of a Nernst cell can be measured by a short-time current pulse between the measuring and reference electrodes of the sensor element. This method is known in principle from the prior art and is there, however, in usually used for diagnostic purposes. In the context of the method proposed above, the internal resistance detected in this way can be used as the actual value of the at least one controlled variable of the sensor element or as part of an actual value of the value. The determined internal resistance can then be used for the regulation of the temperature. The disadvantage associated with conventional control methods in the case of inaccurate or erroneous detection of the controlled variable is that the optimum
Betriebstemperatur überschritten oder unterschritten werden kann oder dass sich bei starker Überschreitung der Betriebstemperatur sogar Beschädigungen am Sensorelement einstellen können, kann jedoch durch den vorgeschlagenen Kontrollschritt vermieden werden. Wenn beispielsweise permanent oder temporär ein erhöhter Operating temperature can be exceeded or fallen below or that can even be set at excessive operating temperature even damage to the sensor element, but can be avoided by the proposed control step. For example, if a permanent or temporary increased
Übergangswiderstand im Signalkreis des Sensorelements auftritt, beispielsweise in Form von Kontaktierungsproblemen, neigen herkömmliche Temperaturregelungen dazu, den hohen gemessenen Widerstand auf den kleineren Zielwiderstand einzuregeln und erhöhen dabei die Heizerspannung. Dadurch wird das Sensorelement zu heiß betrieben, und die im Sensorelement integrierte Heizvorrichtung kann durchbrennen. So würden beispielsweise herkömmliche Sensorelemente auf eine Temperatur von > 1150°C aufgeheizt, wenn diese längere Zeit mit einer Heizerspannung von 11 V betrieben werden, was zum Durchbrennen des Heizers führt. Je größer die Heizleistungsreserve der Heizvorrichtung, insbesondere einer in das Sensorelement integrierten Contact resistance occurs in the signal circuit of the sensor element, for example in the form of Kontaktierungsproblemen, conventional temperature controls tend to adjust the high measured resistance to the smaller target resistance and thereby increase the heater voltage. As a result, the sensor element is operated too hot, and the heating element integrated in the sensor element can burn out. Thus, for example, conventional sensor elements would be heated to a temperature of> 1150 ° C, if they are operated for a long time with a heater voltage of 11 V, resulting in the burning of the heater. The greater the heating power reserve of the heating device, in particular one integrated in the sensor element
Heizvorrichtung, ist, desto größer ist die Gefahr einer schädigenden Überhitzung des Sensorelements. Zur Vermeidung dieser Überhitzung wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Regelung der Temperatur vorgesehen, welche optional durch eine oder mehrere Steuergrößen modifiziert oder unterstützt werden kann, die beispielsweise von einem Motorsteuerungssystem bereitgestellt werden können. Heating device is, the greater the risk of damaging overheating of the sensor element. To avoid this overheating, the regulation of the temperature is provided in the method according to the invention, which can be optionally modified or supported by one or more control variables, which can be provided for example by an engine control system.
Bei dem vorgeschlagenen Verfahren kann insbesondere, wie oben beschrieben, bei der Überlagerung der Steuerung eine Kennfeld-basierte Vorsteuerung verwendet werden, mit welcher die vorgeschlagene Regelung überlagert werden kann oder mit welcher die vorgeschlagene Regelung auf andere Weise kombiniert werden kann. Diese In the proposed method, in particular, as described above, in the superimposition of the control, a map-based feedforward control can be used, with which the proposed control can be superimposed or with which the proposed control can be combined in another way. These
Vorsteuerung kann insbesondere auf gemessenen oder modellierten Steuergrößen, welche auch als Kenngrößen bezeichnet werden, basieren, beispielsweise auf gemessenen oder modellierten Kenngrößen eines Abgassystems, die das Pilot control can be based, in particular, on measured or modeled control variables, which are also referred to as parameters, for example, on measured or modeled characteristics of an exhaust gas system that the
Motorbetriebspunkt-abhängige Aufheiz- und Abkühlverhalten des Sensorelements gut widerspiegeln. Da eine feste Sensorelementtemperatur in der Regel einem festen Engine operating point-dependent heating and cooling behavior of the sensor element reflect well. As a fixed sensor element temperature usually a fixed
Innenwiderstand des Sensorelements entspricht, kann die überlagerte Regelung zum Beispiel als PID-Regler umgesetzt werden, der den gemessenen Innenwiderstand R,
beispielsweise mit einem Sollwert vergleichen kann. Auf diese Weise kann eine Internal resistance of the sensor element corresponds to the higher-level control can be implemented, for example as a PID controller, the measured internal resistance R, For example, compare with a setpoint. This way a can
Stellgröße ermittelt werden, die beispielsweise eine Heizerspannungskorrektur oder eine auf andere Weise gestaltete Korrektur der Heizleistung relativ zur Sollspannung der Vorsteuerung ausgeben kann. Eine Überhitzung des Sensorelements aufgrund fehlerhafter Innenwiderstandsregelung wird durch die erfindungsgemäßen Control variable can be determined, which can output, for example, a Heizerspannungskorrektur or designed in another way correction of the heating power relative to the target voltage of the pilot control. Overheating of the sensor element due to faulty internal resistance control is achieved by the invention
Gegenmaßnahmen zumindest weitgehend vermieden. Countermeasures at least largely avoided.
Beispiele für Fehlermöglichkeiten einer Innenwiderstandsregelung, die ohne Examples of possible errors of an internal resistance control, the without
Gegenmaßnahmen zur Überhitzung des Sensorelements bzw. zum Durchbrennen der Heizvorrichtung führen können, sind: Countermeasures for overheating of the sensor element or for burning the heater can be:
Fehlerhafte Innenwiderstandsregelung aufgrund Erfassung ungenauer Faulty internal resistance control due to detection inaccurate
Widerstandsmesswerte. Ungenaue Widerstandsmesswerte können beispielsweise durch Toleranz in einer elektrischen Beschaltung in einem Steuergerät, durch zeitdiskrete und/oder nicht kontinuierliche Innenwiderstandsmessung und/oder durch Messung des Innenwiderstands während stark dynamischer Änderungen des Sensorelementsignals auftreten. Resistance readings. Inaccurate resistance measurements can occur, for example, due to tolerance in an electrical circuit in a control unit, due to discrete-time and / or non-continuous internal resistance measurement and / or by measuring the internal resistance during strongly dynamic changes of the sensor element signal.
Fehlerhafte Innenwiderstandsregelung aufgrund fehlerhafter Interpretation der Innenwiderstands-Messwerte. Zu einer Fehlinterpretation der Innenwiderstands- Messwerte kann es beispielsweise kommen, wenn in Folge von Korrosion und/oder Alterung zu große permanente oder temporäre Übergangswiderstände auftreten, beispielsweise in einem Stecker und/oder Kabelbaum des Faulty internal resistance control due to incorrect interpretation of the internal resistance measured values. A misinterpretation of the internal resistance measured values can occur, for example, if, due to corrosion and / or aging, excessive permanent or temporary contact resistances occur, for example in a plug and / or wiring harness of the
Sensorelementsignalkreises. Element signal circuit.
Fehlerhafte Innenwiderstandsregelung durch temporär erhöhte Faulty internal resistance control increased by temporarily
Übergangswiderstände im Heizerkreis, beispielsweise in der Heizelement- Ansteuervorrichtung, beispielsweise durch einen Wackelkontakt. Eine Abhilfe gegen die Fehlermöglichkeit (1) kann insbesondere eine Erkennung und ein Verwerfen von stark schwankenden zeitlich benachbarten Messwerten der Istwerte bieten. Die Erkennung und/oder das Verwerfen von derartigen Ausreißern kann es insbesondere erlauben, den Sensorelementinnenwiderstand nur bei stabiler Transition resistances in the heater circuit, for example in the Heizelement- driving device, for example by a loose connection. A remedy against the possibility of error (1) can, in particular, provide detection and discarding of strongly fluctuating chronologically adjacent measured values of the actual values. The detection and / or rejection of such outliers may in particular allow the sensor element internal resistance only at more stable
Messsituation, beispielsweise nur bei stabilem Lambda, nicht jedoch bei instabiler Messsituation, beispielsweise bei Lambdasprüngen, die zu Messfehlern führen können, zu messen. Eine weitere Abhilfe gegen die Fehlermöglichkeit (1) kann eine Filterung der
Messwerte, beispielsweise durch einen Tiefpass, eine zeitliche Mittelung oder einen gleitenden Mittelwert, sein. Measuring situation, for example, only stable lambda, but not in unstable measurement situation, for example, lambda jumps that can lead to measurement errors to measure. Another remedy against the possibility of error (1) can be a filtering of Measurements, for example, by a low pass, a temporal average or a moving average, be.
Eine Abhilfe gegen die Fehlermöglichkeiten (2) und/oder (3) kann insbesondere die Begrenzung der Heizerleistung, beispielsweise der Heizerspannung und/oder des Heizerstroms und/oder eine entsprechende Beeinflussung einer Pulsweitenmodulation, bieten. Diese Abhilfe kann insbesondere wiederum auf gemessenen und/oder A remedy against the possibilities of error (2) and / or (3) can in particular the limitation of the heater power, for example, the heater voltage and / or the heater current and / or a corresponding influence on a pulse width modulation, offer. This remedy may in turn be measured and / or
modellierten Kenngrößen des Abgassystems als Steuergröße basieren. Durch diese eine oder mehreren zusätzlichen Steuergrößen kann es insbesondere möglich sein, modeled characteristics of the exhaust system are based as a control variable. In particular, this one or more additional control variables may allow
Betriebspunkt-abhängig eine Obergrenze und/oder einen Korridor (d.h. definierte Ober- und Untergrenzen) für die Stellgröße, beispielsweise die Heizerbeaufschlagung, insbesondere die Heizerspannung, vorzugeben, und damit eine Überhitzung der Sonde sicher zu verhindern. Operating point-dependent, an upper limit and / or a corridor (i.e., defined upper and lower limits) for the manipulated variable, for example, the Heizerbeaufschlagung, in particular the heater voltage, pretend, and thus to prevent overheating of the probe safely.
Mögliche Ausgestaltungen des oben beschriebenen Kontrollschritts und der oben beschriebenen Beeinflussung können insbesondere sein: Possible embodiments of the control step described above and the influencing described above can be in particular:
(a) Abschaltung einer Sensorelementheizung (Heizerspannung 0V), wenn einer oder mehrere der beschriebenen Parameter einen oder mehrere Grenzwerte über- oder unterschreitet. Beispielsweise kann die Abschaltung einer Sensorelementheizung vorgesehen werden, wenn ein Sensorelementinnenwiderstand eine kritische Schwelle erreicht oder unterschreitet und/oder die Abgastemperatur und/oder eine andere Steuergröße, die einen Einfluss der Umgebung des Sensorelements auf die Temperatur des Sensorelements charakterisiert, eine kritische Schwelle erreicht oder überschreitet. (a) Shutdown of a sensor element heater (heater voltage 0V) when one or more of the parameters described exceeds or falls below one or more limits. For example, the shutdown of a sensor element heating can be provided if a sensor element internal resistance reaches or falls below a critical threshold and / or the exhaust gas temperature and / or another control variable that characterizes an influence of the environment of the sensor element on the temperature of the sensor element reaches or exceeds a critical threshold ,
(b) Reduzierung der mindestens einen Stellgröße auf einen sicheren Wert, (b) reducing the at least one manipulated variable to a safe value,
beispielsweise einen Default-Wert, wenn der mindestens eine Parameter einen Grenzwert erreicht oder über- oder unterschreitet, beispielsweise wenn die Stellgröße und/oder die Steuergröße einen Grenzwert über- oder unterschreitet oder erreicht. Beispielsweise kann eine Limitierung mindestens einer For example, a default value when the at least one parameter reaches or exceeds a limit or, for example, when the control value and / or the control variable exceeds or falls below a threshold or reached. For example, a limitation of at least one
Beaufschlagung der Heizvorrichtung mit Heizenergie, beispielsweise eine Actuation of the heater with heating energy, such as a
Limitierung der Heizerspannung, vorgesehen sein, sodass ein kritischer Wert nicht überschritten werden kann. Ebenso kann, alternativ oder zusätzlich, vorgesehen sein, die Beaufschlagung der Heizvorrichtung mit Heizenergie, beispielsweise die
Heizerspannung, zu reduzieren, wenn die Abgastemperatur eine kritische Limiting the heater voltage, be provided so that a critical value can not be exceeded. Likewise, as an alternative or in addition, it may be provided to apply heating energy to the heating device, for example the Heater voltage, reduce when the exhaust gas temperature is a critical
Schwelle erreicht und/oder überschreitet. Reaches and / or exceeds threshold.
Absolute Limitierung der Stellgröße, beispielsweise der die Heizleistung der Heizvorrichtung steuernden Größe, auf einen sicheren Wert, wenn der mindestens eine Parameter, beispielsweise die mindestens eine Steuergröße und/oder die mindestens eine Stellgröße, für eine gewisse Zeit einen Grenzwert über- oder unterschreitet. Damit kann insbesondere berücksichtigt werden, dass in der Regel ein bestimmter Wert der Steuergröße und/oder der Stellgröße kurzfristig unkritisch sein kann, aber kritisch werden kann, wenn dieser eine längere Zeit vorliegt. Dies wurde oben beschrieben, da auch zeitliche Verläufe ausgewertet werden können. Insbesondere kann eine Zeit, nach der eine Limitierung aktiviert wird, Absolute limitation of the manipulated variable, for example, the size controlling the heating power of the heater, to a safe value if the at least one parameter, for example the at least one control variable and / or the at least one manipulated variable, exceeds or falls below a limit value for a certain time. This can be taken into account in particular that usually a certain value of the control variable and / or the manipulated variable in the short term can be uncritical, but can be critical if this is a longer time. This has been described above, as it is also possible to evaluate temporal courses. In particular, a time after which a limitation is activated,
vorteilhafterweise abhängig von einem aktuellen Wert des mindestens einen Parameters gewählt werden, beispielsweise der mindestens einen Steuergröße und/oder der mindestens einen Stellgröße. Dadurch kann berücksichtigt werden, dass ein höherer Wert des mindestens einen Parameters schon nach kürzerer Zeit zur Überhitzung der Sonde führen kann als ein geringerer Wert bzw. umgekehrt. Eine weitere vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass die Limitierung noch für eine gewisse Zeit aufrecht erhalten bleiben kann, auch wenn der mindestens eine Parameter, beispielsweise die mindestens eine Steuergröße und/oder die mindestens eine Stellgröße, kurzzeitig wieder in den unkritischen Bereich zurückfällt. Damit wird durch eine geeignete Durchführung des Kontrollschritts bzw. der Überprüfung eine verzögerte Reaktion der Sensorelementtemperatur auf Änderungen des mindestens einen Parameters berücksichtigbar. Beispielsweise kann vorgesehen sein, die Heizerspannung bzw. eine andere Art der be advantageously selected depending on a current value of the at least one parameter, for example, the at least one control variable and / or the at least one manipulated variable. It can thereby be taken into account that a higher value of the at least one parameter can lead to overheating of the probe after a shorter time than a lower value or vice versa. A further advantageous embodiment provides that the limitation can be maintained for a certain time, even if the at least one parameter, for example the at least one control variable and / or the at least one manipulated variable, briefly falls back into the uncritical range. Thus, by a suitable implementation of the control step or the test, a delayed reaction of the sensor element temperature to changes in the at least one parameter can be taken into account. For example, it can be provided, the heater voltage or another type of
Beaufschlagung der Heizvorrichtung mit Heizenergie, zu begrenzen, wenn diese eine gewisse Zeit einen kritischen Wert überschreitet. Die Zeit, nach der diese Limitierung aktiviert wird, kann abhängig sein vom aktuellen Wert der Heizleistung bzw. der Heizspannung bzw. des Parameters. Die Limitierung kann noch für eine gewisse Zeit aufrecht erhalten bleiben, auch wenn die Heizerspannung bzw. die Heizleistung kurzzeitig wieder unter den kritischen Wert fällt, um die verzögerte Abkühlung des Sensorelements nach einer Reduzierung der Heizerspannung zu berücksichtigen. To limit the heating device with heating energy, if this exceeds a certain time a critical value. The time after which this limitation is activated, may be dependent on the current value of the heating power or the heating voltage or the parameter. The limitation can be maintained for a certain time, even if the heater voltage or the heating power falls briefly below the critical value again to take into account the delayed cooling of the sensor element after a reduction in the heater voltage.
Relative Limitierung der bei der Regelung generierten Stellgröße zu einer Steuer- Stellgröße der optional überlagerten Steuerung, beispielsweise durch eine relative
Limitierung einer Heizerspannung gegenüber einer Vorsteuer-Heizerspannung. Dies kann derart durchgeführt werden, dass die aus der Kombination der überlagerten Steuerung und der Regelung resultierende mindestens eine Relative limitation of the manipulated variable generated in the control to a control manipulated variable of the optionally superimposed control, for example by a relative Limitation of a heater voltage compared to a pilot heater voltage. This can be done such that the resulting from the combination of the higher-level control and the control at least one
Stellgröße, beispielsweise die mindestens eine Heizerspannung, einen Korridor um einen Vorsteuerwert nicht verlässt. Manipulated variable, for example, the at least one heater voltage does not leave a corridor to a pre-tax value.
(e) Abschaltung der Regelung, beispielsweise der Heizungsregelung, und Umschalten auf reine Steuerung, beispielsweise auf reine Vorsteuerung, beispielsweise wenn der mindestens eine überprüfte Parameter, beispielsweise die mindestens eine Steuergröße und/oder Stellgröße, einen Grenzwert über- oder unterschreitet.(e) switching off the control, for example, the heating control, and switching to pure control, for example, to pure feedforward control, for example, if the at least one checked parameter, for example, the at least one control variable and / or manipulated variable exceeds or falls below a threshold.
Beispielsweise kann eine Abschaltung der Heizungsregelung und eine For example, a shutdown of the heating control and a
Umschaltung auf reine Vorsteuerung vorgesehen sein, wenn der Switching to pure feedforward control be provided if the
Sensorelementinnenwiderstand unplausibel hoch ist, um zu verhindern, dass die Heizungsregelung die Heizerspannung auf unzulässig hohe Werte erhöht. Sensor element internal resistance is implausibly high, to prevent the heating control increases the heater voltage to impermissibly high levels.
(f) Abschaltung eines optionalen Integralanteils der Regelung, wenn der mindestens eine Parameter einen Grenzwert erreicht, über- oder unterschreitet. Beispielsweise kann eine Abschaltung eines Integralanteils vorgesehen sein, wenn der (F) switching off an optional integral portion of the control when the at least one parameter reaches, exceeds or falls below a threshold. For example, a shutdown of an integral component can be provided if the
Sensorelementinnenwiderstand unplausibel klein ist, beispielsweise um zu verhindern, dass ein eventuell falsch angelernter Integralanteil zu einer Erhöhung der Heizerspannung führt, obwohl das Sensorelement bereits eine zu hohe Temperatur aufweist. Sensor element internal resistance is implausibly small, for example, to prevent a possibly incorrectly learned Integralanteil leads to an increase in the heater voltage, although the sensor element already has too high a temperature.
Die oben genannten Ausführungen (a)-(f) können beliebig paarweise oder in Gruppen auch miteinander kombiniert werden und/oder mit anderen Ausgestaltungen der Erfindung kombiniert werden. The abovementioned embodiments (a) - (f) can also be combined with one another in pairs or in groups and / or combined with other embodiments of the invention.
Die oben beschriebenen, bei dem vorgeschlagenen Verfahren verwendeten Größen, insbesondere die Regelgröße bzw. deren Istwert, der mindestens eine Parameter und die mindestens eine Steuergröße, können auf verschiedene Weisen erfasst und/oder bereitgestellt werden. Hierbei kann es sich beispielsweise um tatsächliche, gemessene Größen handeln, welche beispielsweise jedoch auch einer Nachbehandlung unterzogen werden können, beispielsweise einer Signalaufbereitung in Form einer Filterung oder ähnlichen Verfahren. Auch ein zeitlicher Verlauf dieser Größen kann optional The variables described above, used in the proposed method, in particular the control variable or its actual value, the at least one parameter and the at least one control variable, can be detected and / or provided in various ways. These may, for example, be actual, measured quantities, which, however, may also be subjected to a post-treatment, for example signal conditioning in the form of filtering or similar methods. Also a temporal course of these sizes can be optional
aufgenommen und/oder verwendet werden. Wiederum alternativ oder zusätzlich können die genannten Größen, insbesondere der Istwert und/oder die mindestens eine optionale
Steuergröße, auch modellierte Größen sein, welche beispielsweise mittels einer oder mehrerer Simulationsverfahren bestimmt werden können. In das vorgeschlagene Verfahren zur Einstellung der Temperatur können auf diese Weise beispielsweise eine Heizerspannung, eine Heizleistung, ein Sensorelementinnenwiderstand, Temperaturen (beispielsweise eine Abgastemperatur und/oder eine Rohrwandtemperatur und/oder andere Temperaturen), ein Motorbetriebspunkt (beispielsweise eine Motordrehzahl, eine Luftmenge oder ähnliche, den Motorbetriebspunkt charakterisierende Größen), ein Abgasgmassenstrom und/oder Abgasvolumenstrom, ein zeitlicher Verlauf oder ähnliche Größen eingehen. Das vorgeschlagene Verfahren und die vorgeschlagene Vorrichtung können allgemein insbesondere bei Temperatur-geregelten Abgassensoren jeglicher Art eingesetzt werden, insbesondere Sprungsonden, Breitbandsonden oder sonstigen beheizbaren Abgassensoren, insbesondere Sensorelementen mit der Eigenschaft einer hohen Heizleistungsreserve, die zu einer Zerstörung des Sensorelements durch be recorded and / or used. Again alternatively or additionally, the variables mentioned, in particular the actual value and / or the at least one optional Control variable, even modeled variables, which can be determined for example by means of one or more simulation methods. In the proposed method for adjusting the temperature in this way, for example, a heater voltage, a heating power, a sensor element internal resistance, temperatures (for example, an exhaust gas temperature and / or a tube wall temperature and / or other temperatures), an engine operating point (for example, an engine speed, an amount of air or the like , the engine operating point characterizing quantities), a Abgasgmassenstrom and / or exhaust gas volume flow, a time course or similar variables. The proposed method and the proposed device can generally be used in particular in temperature-controlled exhaust gas sensors of any kind, in particular, jump probes, broadband probes or other heatable exhaust gas sensors, in particular sensor elements with the property of a high heating power reserve, leading to destruction of the sensor element
Überhitzung bei Beheizung im grundsätzlich zulässigen Bordnetzspannungsbereich führen kann. Die Erfindung kann jedoch auch zur Einhaltung von Temperaturkorridoren unterhalb einer Schädigungsgrenze genutzt werden, beispielsweise bei NOx-Sensoren, die eine maximale Funktionsgenauigkeit bei niedrigen Betriebstemperaturen aufweisen. Die Erfindung ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, im Kraftfahrzeugbereich einsetzbar, wobei keinerlei Begrenzung hinsichtlich der Fahrzeugsegmente, der Overheating during heating in the generally permissible vehicle electrical system voltage range may result. However, the invention can also be used to maintain temperature corridors below a damage limit, for example in the case of NO x sensors, which have maximum functional accuracy at low operating temperatures. The invention is particularly, but not exclusively, applicable in the automotive field, with no limitation with respect to the vehicle segments, the
Abgaszusammensetzung oder den Einsatzmarkt besteht. Exhaust gas composition or the use market.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Weitere Einzelheiten und Merkmale optionaler Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Beschreibungen bevorzugter Ausführungsbeispiele. Further details and features of optional embodiments of the invention will become apparent from the following descriptions of preferred embodiments.
Es zeigen: Show it:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung; Figure 1 shows an embodiment of a sensor device according to the invention;
Figur 2 eine schematische Darstellung weiterer möglicher Einzelheiten einer Figure 2 is a schematic representation of further possible details of a
erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung; sensor device according to the invention;
Figur 3 ein Beispiel einer alterungsbedingten Innenwiderstands-Kennlinienverschiebung, welche mittels des vorgeschlagenen Verfahrens ausgeglichen werden kann; und
Figur 4 ein Ausführungsbeispiel möglicher Begrenzungen einer Heizerspannung mittels des vorgeschlagenen Verfahrens. FIG. 3 shows an example of an age-related internal resistance characteristic shift, which can be compensated by means of the proposed method; and Figure 4 shows an embodiment of possible limitations of a heater voltage by the proposed method.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer schematischen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung 1 10 zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum 112 dargestellt. Figur 2 zeigt ein weiteres 1 shows a first embodiment of a schematic embodiment of a sensor device 1 10 according to the invention for detecting at least one property of a gas in a measuring gas space 112. Figure 2 shows another
Ausführungsbeispiel. Beide Ausführungsbeispiele werden im Folgenden im Wesentlichen gemeinsam beschrieben. Die Sensorvorrichtungen 1 10 umfassen jeweils eine Embodiment. Both embodiments are described below essentially together. The sensor devices 110 each comprise one
Ansteuervorrichtung 1 14 und mindestens ein mit der Ansteuervorrichtung 114 über eine oder mehrere Schnittstellen 1 16 verbundene Sensorelemente 1 18. Die Drive device 1 14 and at least one connected to the drive device 114 via one or more interfaces 1 16 sensor elements 1 18. Die
Ansteuervorrichtung 1 14 kann jedoch auch ganz oder teilweise in das Sensorelement 1 18 selbst integriert sein. Die Ansteuervorrichtung 114 ist in den Darstellungen in Figuren 1 und 2 als Einheit ausgebildet. Diese kann jedoch auch dezentral ausgestaltet sein und kann beispielsweise ganz oder teilweise auch in eine Motorsteuerung implementiert sein. Die Ansteuervorrichtung 114 umfasst eine Sensor-Ansteuervorrichtung 120, welche eingerichtet ist, um das Sensorelement 118 zur Erfassung der mindestens einen Drive device 1 14, however, can also be completely or partially integrated into the sensor element 1 18 itself. The drive device 114 is formed in the illustrations in Figures 1 and 2 as a unit. However, this can also be configured decentralized and, for example, can also be completely or partially implemented in an engine control system. The drive device 114 comprises a sensor drive device 120, which is set up to receive the sensor element 118 for detecting the at least one
Eigenschaft anzusteuern und/oder entsprechende Signale zu erfassen. Weiterhin umfasst die Ansteuervorrichtung 1 14 eine Heizer-Ansteuervorrichtung 122, welche eingerichtet ist, um mindestens eine Heizvorrichtung 124 des Sensorelements anzusteuern, Property to drive and / or capture corresponding signals. Furthermore, the drive device 1 14 includes a heater drive device 122, which is set up to drive at least one heater 124 of the sensor element,
beispielsweise mit Heizenergie zu beaufschlagen, beispielsweise in Form einer For example, to apply heat energy, for example in the form of a
Heizerspannung und/oder eines Heizerstroms, welcher kontinuierlich oder auch gepulst ausgestaltet sein kann. Während Figur 1 mögliche Einzelheiten der Ausgestaltung der Sensor-Ansteuervorrichtung 120 und des Sensorelements 118 zeigt, sind in Figur 2 optionale Einzelheiten der Heizer-Ansteuervorrichtung 122 gezeigt. Auf beide Figuren, die auch kombinierbar sind, kann im Folgenden Bezug genommen werden. Heater voltage and / or a heater current, which may be configured continuously or pulsed. While Figure 1 shows possible details of the configuration of the sensor driver 120 and the sensor element 118, in Figure 2 optional details of the heater driver 122 are shown. Both figures, which can also be combined, can be referred to below.
Das Sensorelement 1 18 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel exemplarisch als einfache Sprungsonde mit einer dem Messgasraum 112 zuweisenden Außenelektrode 126 und einer in einem Referenzgasraum 128 angeordneten Referenzelektrode 130 ausgestaltet, welche über einen Festelektrolyten 132, beispielsweise Yttrium-stabilisiertes Zirkoniumdioxid, miteinander verbunden sind und eine Zelle 134 bilden. Auch andere Aufbauten des Sensorelements 118 sind jedoch möglich.
In dem in Figur 1 dargestellten exemplarischen Ausführungsbeispiel umfasst die Sensor- Ansteuervorrichtung 120 eine Messvorrichtung 136, um eine Nernstspannung UN an der Zelle 134 zu erfassen. Weiterhin umfasst die Sensor-Ansteuervorrichtung 120 The sensor element 1 18 is exemplified in the illustrated embodiment as a simple jump probe with the measuring gas chamber 112 facing outer electrode 126 and arranged in a Referenzgasraum 128 reference electrode 130 which are connected to each other via a solid electrolyte 132, for example, yttria-stabilized zirconia, and a cell 134 form. However, other structures of the sensor element 118 are possible. In the exemplary embodiment illustrated in FIG. 1, the sensor drive device 120 comprises a measuring device 136 in order to detect a Nernst voltage U N at the cell 134. Furthermore, the sensor driver 120 includes
exemplarisch und optional eine Innenwiderstandsmessvorrichtung 138, welche der Messvorrichtung 136 parallel geschaltet sein kann und welche beispielsweise eineby way of example and optionally, an internal resistance measuring device 138, which may be connected in parallel to the measuring device 136 and which, for example, a
Pumpstromquelle und/oder Pumpspannungsquelle 140 und eine zu dieser beispielsweise in Reihe geschaltete Pumpstrommessvornchtung 142 umfassen kann. Weiterhin kann ein Schalter 144 vorgesehen sein, sodass mittels der Innenwidersandsmessvorrichtung 138 kurzfristig ein Pumpspannungspuls und/oder Pumpstrompuls auf die Zelle 134 Pumping power source and / or pump voltage source 140 and a pump connected to this, for example, in series Pumpenstrommessvornchtung 142. Furthermore, a switch 144 may be provided, so that a pump voltage pulse and / or pump current pulse can be applied to the cell 134 at short notice by means of the internal resistance measuring device 138
aufgegeben werden kann, um durch eine entsprechende Strommessung des Pumpstroms lp den Innenwiderstand der Zelle 134 zu bestimmen, welcher wiederum ein Maß für die Temperatur des Sensorelements 118 sein kann und damit beispielsweise direkt oder indirekt als Istwert (in Figur 1 und in Figur 2 mit„A" bezeichnet) einer Regelgröße verwendet werden kann. can be applied to determine the internal resistance of the cell 134 by a corresponding current measurement of the pump current l p , which in turn can be a measure of the temperature of the sensor element 118 and thus, for example, directly or indirectly as an actual value (in Figure 1 and in Figure 2 with "A") of a controlled variable can be used.
Für mögliche Ausgestaltungen der Heizer-Ansteuervorrichtung 122 wird im Folgenden exemplarisch auf die Figur 2 verwiesen. Hieraus ist erkennbar, dass in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Heizer-Ansteuervorrichtung 122 insbesondere mehrteilig ausgestaltet sein kann und beispielsweise mindestens eine Regelvorrichtung 146 und optional mindestens eine Steuervorrichtung 148 umfassen kann. Weiterhin kann die Heizer-Ansteuervorrichtung 122 mindestens ein Stellglied 150 umfassen. Dieses For possible embodiments of the heater drive device 122, reference is made below by way of example to FIG. 2. From this it can be seen that in the illustrated embodiment, the heater driver 122 may be configured in particular in several parts and, for example, at least one control device 146 and optionally at least one control device 148 may include. Furthermore, the heater driver 122 may include at least one actuator 150. This
Stellglied 150 kann beispielsweise eingerichtet sein, um, entsprechend einer von der Regelvorrichtung 146 bereiten Stellgröße B und/oder einer von der optionalen Actuator 150 may be configured, for example, to, in accordance with one of the control device 146 prepared control variable B and / or one of the optional
Steuervorrichtung 148 bereitgestellten Steuer-Stellgröße C, welche auch als Control device 148 provided control manipulated variable C, which also as
Vorsteuergröße bezeichnet werden kann, über eine oder mehrere Heizerleitungen 152 elektrische Energie an die Heizvorrichtung 124 bereitzustellen. Dabei ist in Figur 2 lediglich ein Stellglied 150 dargestellt. Es können jedoch auch mehrere Stellglieder vorgesehen sein. So können beispielsweise die Regelvorrichtung 146 und die Pilot size may be designated to provide 152 electrical energy to the heater 124 via one or more heater lines. Only one actuator 150 is shown in FIG. However, it can also be provided a plurality of actuators. For example, the control device 146 and the
Steuervorrichtung 148 über eigene, getrennte Stellglieder 150 verfügen, deren Control device 148 have their own, separate actuators 150, whose
Ausgangssignale anschließend kombiniert werden können. Output signals can then be combined.
Die Regelvorrichtung 146, das Stellglied 150, das Sensorelement 1 18 und die Sensor- Ansteuervorrichtung 120 können gemeinsam einen Regelkreis 154 bilden. Die The control device 146, the actuator 150, the sensor element 1 18 and the sensor drive device 120 may together form a control loop 154. The
Regelvorrichtung 146 kann eine Vergleichseinrichtung 156 umfassen, in welcher der Istwert A der Regelgröße mit einem Sollwert D der Regelgröße verglichen werden, um daraus die Stellgröße B zu ermitteln. Es sei darauf hingewiesen, dass die
Regelvorrichtung 146 darüber hinaus weitere Elemente umfassen kann. Die Regulating device 146 may include a comparison device 156, in which the actual value A of the controlled variable is compared with a setpoint value D of the controlled variable in order to determine the manipulated variable B therefrom. It should be noted that the Regulating device 146 may further comprise further elements. The
Steuervorrichtung 148 kann insbesondere ein Steuer-Stellglied 158 umfassen, mittels dessen aus einer Führungsgröße E die Steuer-Stellgröße C gebildet wird. Die Stellgröße B und die Steuer-Stellgröße C können einander überlagert werden, was sequenziell oder auch parallel erfolgen kann. Dies ist in Figur 2 stark vereinfacht dargestellt. Beispielsweise können diese Signale addiert werden. Alternativ können, wie oben beschrieben, auch unterschiedliche Stellglieder 150 für die Regelvorrichtung 146 und die Steuervorrichtung 148 verwendet werden. Zur Vorgabe des Sollwerts D und/oder der Führungsgröße E kann die Heizer- Ansteuervorrichtung 122 weiterhin einen in Figur 2 angedeuteten Controller 160 umfassen. Dieser kann mit mindestens einer Steuergröße beaufschlagt werden, welche in den Figuren 1 und 2 mit F bezeichnet ist und welche einen Einfluss einer Umgebung des Sensorelements 1 18 auf die Temperatur des Sensorelements 118 charakterisiert. Für mögliche Ausgestaltungen dieser Steuergröße F kann auf die obige Beschreibung verwiesen werden. Hier können insbesondere Temperaturen der Umgebung des Control device 148 may in particular include a control actuator 158, by means of which from a reference variable E, the control variable C is formed. The manipulated variable B and the control manipulated variable C can be superposed on each other, which can be done sequentially or in parallel. This is shown greatly simplified in FIG. For example, these signals can be added. Alternatively, as described above, different actuators 150 may also be used for the control device 146 and the control device 148. To predefine the desired value D and / or the reference variable E, the heater driver 122 may further include a controller 160 indicated in FIG. This can be acted upon with at least one control variable, which is designated in Figures 1 and 2 with F and which characterizes an influence of an environment of the sensor element 1 18 to the temperature of the sensor element 118. For possible embodiments of this control variable F, reference may be made to the above description. Here in particular temperatures of the environment of the
Sensorelements 1 18, beispielsweise Gastemperaturen und/oder Sensor element 1 18, for example gas temperatures and / or
Rohrwandungstemperaturen, und/oder einen Strom des Gases charakterisierende Parameter einfließen. Der Controller 160 kann, optional unter Berücksichtigung dieser mindestens einen Steuergröße, die Führungsgröße E vorgeben und damit die Pipe wall temperatures, and / or a flow of the gas characterizing parameters. The controller 160 may, optionally taking into account this at least one control variable, the reference variable E and thus specify the
Vorsteuerung mittels der Steuervorrichtung 148 beeinflussen. Alternativ oder zusätzlich kann auch der Istwert E von dem Controller 160 vorgegeben werden. Die Auswahl der Führungsgröße E und/oder des Sollwerts D kann beispielsweise unter Verwendung von entsprechenden Auswahlalgorithmen erfolgen, beispielsweise durch Kennlinienfelder, Auswahlfunktionen oder Ähnliches. Der Controller 160 kann beispielsweise mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung und/oder mindestens ein Speicherelement umfassen, mittels derer diese Auswahlalgorithmen umsetzbar sind. Precontrol by means of the control device 148 influence. Alternatively or additionally, the actual value E can also be specified by the controller 160. The selection of the reference variable E and / or of the desired value D can be done, for example, by using corresponding selection algorithms, for example by characteristic fields, selection functions or the like. The controller 160 may include, for example, at least one data processing device and / or at least one memory element by means of which these selection algorithms can be implemented.
Weiterhin kann die Heizer-Ansteuervorrichtung ein oder mehrere Kontrollelemente 162 umfassen, welche in Figur 2 exemplarisch angedeutet sind. Diese können an Furthermore, the heater drive device may comprise one or more control elements 162, which are indicated by way of example in FIG. These can be on
unterschiedlichen Stellen angeordnet sein und können jedoch auch ganz oder teilweise mit dem Controller 160 zusammengefasst sein. Diese Kontrollelemente 162 sind eingerichtet zur Durchführung des oben beschriebenen mindestens einen Kontrollschritts, in welchem mindestens ein zur Einstellung der Temperatur verwendeter Parameter, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Parameter A, B sowie optional die von dem Stellglied 150 bereitgestellte Heizerleistung (beispielsweise der Heizerstrom, die
Heizerspannung oder ähnliche Parameter) überprüft und gegebenenfalls beeinflusst werden können. Für weitere Einzelheiten kann auf die obige Beschreibung verwiesen werden. Mittels des oben beschriebenen Verfahrens und beispielsweise mittels einer oder mehrerer der in den Figuren 1 und 2 beschriebenen Sensorvorrichtungen 1 10 kann beispielsweise einem in Figur 3 beschriebenen Effekt entgegengewirkt werden. So sind in Figur 3 Innenwiderstände R| einer Nernstzelle, beispielsweise der Zelle 134 des be arranged in different places and can also be fully or partially summarized with the controller 160. These control elements 162 are designed to carry out the at least one control step described above, in which at least one parameter used for setting the temperature, in the illustrated embodiment, the parameters A, B and optionally the heater power provided by the actuator 150 (for example, the heater current, Heater voltage or similar parameters) can be checked and possibly influenced. For further details, reference may be made to the above description. By means of the method described above and for example by means of one or more of the sensor devices 110 described in FIGS. 1 and 2, it is possible, for example, to counteract an effect described in FIG. Thus, in FIG. 3, internal resistances R | a Nernst cell, for example the cell 134 of the
Sensorelements 1 18 gemäß Figur 1 , für typische Sensorelemente 118 als Funktion der Temperatur T eines keramischen Festelektrolyten 132 aufgetragen. Dabei zeigt die Kurve 164 ein neues Sensorelements, wohingegen die Kurve 166 das Verhalten eines gealterten Sensorelements zeigt. Ein gewünschter Betriebspunkt eines neuen Sensor element 1 18 shown in Figure 1, for typical sensor elements 118 as a function of the temperature T of a ceramic solid electrolyte 132 applied. In this case, the curve 164 shows a new sensor element, whereas the curve 166 shows the behavior of an aged sensor element. A desired operating point of a new one
Sensorelements ist in Figur 2 mit 168 bezeichnet. So soll die Temperatur des Sensor element is indicated in Figure 2 with 168. So should the temperature of the
Sensorelements idealerweise beispielsweise auf 780°C eingestellt werden, was bei einem neuen Sensorelement einem Innenwiderstand von 220Ω entspricht. Wird dieser Ideally, for example, be set to 780 ° C sensor element, which corresponds to a new sensor element to an internal resistance of 220Ω. Will this
Innenwiderstand R| als Regelgröße verwendet, so zeigt die Kurve 166 des gealterten Sensorelements hingegen, dass bei dem gealterten Sensorelement dieser Internal resistance R | used as a control variable, however, the curve 166 of the aged sensor element shows that in the aged sensor element this
Innenwiderstand von 220Ω einer Temperatur von 820°C entspricht, also einer Internal resistance of 220Ω corresponds to a temperature of 820 ° C, so one
Abweichung von 40°C. Diese Abweichung macht sich empfindlich bei der Deviation from 40 ° C. This deviation is sensitive to the
Sensorgenauigkeit bemerkbar. Um diese Temperatur von 820°C zu erreichen, ist jedoch eine erheblich höhere Heizleistung erforderlich. Die beispielsweise in Figur 2 Sensor accuracy noticeable. To reach this temperature of 820 ° C, however, a considerably higher heating capacity is required. The example in Figure 2
beschriebene Regelung würde somit, beispielsweise am Ausgang der Thus described regulation would thus, for example, at the output of the
Vergleichseinrichtung 156 und/oder am Ausgang des Stellglieds 150, höhere Werte liefern als im Vergleich des neuen Sensorelements. Durch die einen oder mehrere Comparator 156 and / or at the output of the actuator 150, higher values than in the comparison of the new sensor element. By one or more
Kontrollelemente 162 kann eine derartige Abweichung erkannt werden, und es können gegebenenfalls entsprechende Gegenmaßnahmen durch Korrektur in dem Kontrollschritt und durch entsprechende Beeinflussung der Stellgröße ergriffen werden. Control elements 162, such a deviation can be detected, and it can be taken if necessary appropriate countermeasures by correction in the control step and by influencing the manipulated variable accordingly.
In Figur 4 sind exemplarisch verschiedene Möglichkeiten einer Überlagerung einer Steuerung und einer Regelung, unter gleichzeitiger Implementierung des oben By way of example, FIG. 4 shows various possibilities for superimposing a control and a regulation, with simultaneous implementation of the above
beschriebenen Verfahrens und unter Berücksichtigung einer Abgastemperatur TG als Steuergröße beschrieben. Aufgetragen ist hierbei auf der vertikalen Achse eine Größe, die die Heizleistung der Heizvorrichtung 124 charakterisiert und welche hier mit UH bezeichnet ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um die Heizerspannung handeln, wobei jedoch auch andere, die Heizleistung charakterisierende Größen aufgetragen sein können. Zunächst erfolgt eine Vorsteuerung, beispielsweise mittels der Steuervorrichtung
148. Die in Figur 4 aufgetragenen Kennlinien zeigen, welche Heizleistung UH bei welcher Temperatur des Gases in dem Messgasraum 1 12 von der Ansteuervorrichtung 1 14 bereitgestellt werden muss, um das Sensorelement auf einer konstanten Temperatur, beispielsweise den 780°C gemäß Figur 3, zu halten. Bei niedrigeren Abgastemperaturen ist eine entsprechend höhere Heizleistung erforderlich als bei hohen Abgastemperaturen. Wiederum zeigt die Kurve 170 eine Kennlinie eines neuen Sensorelements, wohingegen die Kurve 172 eine Kennlinie eines gealterten Sensorelements zeigt. Derartige Kennlinien 170, 172 können beispielsweise in dem Controller 160 hinterlegt sein, sodass described method and taking into account an exhaust gas temperature T G as a control variable. Plotted here on the vertical axis a size that characterizes the heating power of the heater 124 and which is here designated U H. This may, for example, be the heater voltage, although other parameters characterizing the heating power may also be applied. First, a pilot control, for example by means of the control device 148. The characteristic curves plotted in FIG. 4 show which heating power U H at which temperature of the gas in the measurement gas space 1 12 must be provided by the drive device 14 in order to maintain the sensor element at a constant temperature, for example 780 ° C. according to FIG. to keep. At lower exhaust gas temperatures, a correspondingly higher heat output is required than at high exhaust gas temperatures. Again, curve 170 shows a characteristic of a new sensor element, whereas curve 172 shows a characteristic of an aged sensor element. Such characteristics 170, 172 may be stored in the controller 160, for example, so that
beispielsweise die Werte D und E in Figur 2 entsprechend gewählt werden können. For example, the values D and E in Figure 2 can be selected accordingly.
Die Beeinflussung der mindestens einen Stellgröße in dem mindestens einen The influencing of the at least one manipulated variable in the at least one
Kontrollschritt, beispielsweise mittels der Kontrollelemente 162 in Figur 2, kann auf verschiedene, in Figur 4 dargestellte Weisen erfolgen. Beispielsweise kann eine absolute Deckelung 174 auf einen fest vorgegebenen Grenzwert der Heizleistung erfolgen. Control step, for example by means of the control elements 162 in Figure 2, can be done in various ways shown in Figure 4 ways. For example, an absolute cap 174 can be made to a fixed limit value of the heating power.
Alternativ oder zusätzlich können jedoch auch beispielsweise dynamische Grenzwerte vorgegeben werden, beispielsweise in Form eines unteren Grenzwerts 176 und/oder eines oberen Grenzwerts 178, welche beispielsweise um die Kennlinien 170, 172 herum angeordnet werden können. Beispielsweise können bei Erreichen dieser Grenzwerte 174, 176, 178 Default-Werte eingenommen werden und/oder die Heizleistung kann Alternatively or additionally, however, it is also possible, for example, to predefine dynamic limit values, for example in the form of a lower limit value 176 and / or an upper limit value 178, which can be arranged, for example, around the characteristic curves 170, 172. For example, upon reaching these limits, 174, 176, 178 default values can be taken and / or the heating power can
abgeschaltet werden und/oder es können eine oder mehrere andere der oben be turned off and / or there may be one or more others of the above
beschriebenen Beeinflussungsmaßnahmen ergriffen werden. Die Kurve 180 zeigt schließlich einen Fehlerfall, bei welchem die Heizleistung im Bereich von described influencing measures are taken. The curve 180 finally shows an error case in which the heating power in the range of
Abgastemperaturen unterhalb von ca. 670°C die absolute Deckelung 174 weit Exhaust gas temperatures below about 670 ° C the absolute cap 174 far
übersteigen würde.
would exceed.